Le rôle du facteur de transcription SlARF8 dans le développement

La tomate (Solanum lycopersicum) est généralement considérée comme une culture économiquement importante à l’échelle mondiale. En tant que fruit charnu, la tomate montre des caractéristiques de développement liées à la nouaison, à la croissance du fuit, et à la maturité du fruit qui font d’elle un modèle d’étude sur ces aspects. Parmi les étapes de la formation du fruit charnu, la nouaison est considérée comme une transition essentielle de la fleur au fruit, qui implique de nombreux changements physiologiques et structurels chez les plantes. Pendant ce processus, l’auxine en tant qu’hormone végétale est largement connue pour sa participation au déclenchement et à la coordination de ces changements. Les ARFs (Auxin Response Factor) sont des régulateurs transcriptionnels impliqués dans la signalisation de l’auxine et régulant les gènes de réponse à l’auxine en se fixant sur leur promoteur au niveau des éléments de réponse à l’auxine (AuxRE). Des travaux antérieurs basé sur l’analyse des profils d’expressions géniques des vingt-deux gènes SlARF caractérisées chez la tomate ont montré que le gène SlARF8 présentait des niveaux d’expression élevés au cours de la transition fleur-fruit. L’objectif principal de ce projet de thèse est d’évaluer le rôle de SlARF8 dans la nouaison par génétique inverse. Ainsi, deux gènes homologues SlARF8A et SlARF8B ont été identifiés et isolés. L’analyse d’expression par RT-qPCR a révélé que SlARF8A et SlARF8B présentaient des changements de niveaux d’expression avant et après la pollinisation et la fertilisation. Une augmentation notable du niveau de transcription de SlARF8A a lieu lors de la pollinisation, tandis que le niveau d’expression de SlARF8B diminue après la pollinisation. Les mutants knock-out de SlARF8 ont été générés grâce à technologie d’édition du génome par CRISPR/Cas9, les mutants simples slarf8acr, slarf8b-cr, et le mutant double slarf8a&b-cr ont été obtenus et validés par séquençage. Les mutants slarf8a-cr, slarf8b-cr et slarf8a&b-cr présentaient des phénotypes pléiotropiques, notamment une taille de plante réduite et des fruits parthénocarpiques. L’analyse histologique a révélé que le développement du placenta, du péricarpe, du tissu loculaire et des ovules sont aussi très altérés dans ces mutants. Le profil d’expression global des gènes au cours du processus de la nouaison a été étudié par l’approche ARN-Seq chez ces mutants. Parmi les catégories fonctionnelles significativement affectées par la perte de la fonction du gènes SlARF8B se trouve essentiellement des fonctions liées à l’auxine d’abord, puis à d’autres hormones connues pour leur rôle dans la nouaison comme la gibbérelline (GA). Une analyse in silico réalisée sur le promoteur des gènes différentiellement exprimés (DEGs) dans ces mutants a permis d’identifier chez certain DEGs le motif canonique de réponse à l’auxine AuxRE connu pour être le site de fixation des ARFs. De manière intéressante, parmi ces gènes se trouvent plusieurs SAURs et IAAs connus pour leur rôle dans le contrôle de la nouaison et faisant d’eux des cibles potentielles de SlARF8B. En parallèles de ce travail et vue l’importance de l’identification des gènes liés à l’Auxine, l’outil informatique Auxiscan a été développé. Il combine différents processus informatiques et méthodes analytiques pour réaliser l’identification rapide et l’annotation fonctionnelle des gènes liés à l’auxines à partir d’une liste de séquences de gènes voir un génome entier. Cette identification est principalement basée sur la recherche des domaines fonctionnels et des cibles possibles des miARN et tasiARN habituellement connus pour réguler l’expression certains gènes liés à l’auxine. Cet outil permet aussi de réaliser des études phyllogénétiques intra et entre espèces végétales. Dans l’ensemble, cette étude a fourni une caractérisation approfondie des gènes SlARF8A et SlARF8B et a permis de mieux comprendre leur fonction dans la régulation du processus de nouaison chez la tomate.Globally, tomato (Solanum lycopersicum) is generally considered to be an important economic crop. As a fleshy fruit, tomato displays developmental traits related to fruit set, fruit growth, and fruit repining. Among the developmental processes of making a fleshy fruit, the fruit set process is considered an essential flower to fruit transition, which involves many physiological and structural changes in plants. During this important process, the plant hormone auxin is widely known to participate in triggering and coordinating those changes. Auxin Response Factors (ARFs) are transcriptional regulators that involve the auxin signaling and regulating auxin-responsive genes by specifically binding with the Auxin Response Elements (AuxREs) located in their promoters. Based on the previous work of analyzing the expression patterns of twenty-two characterized SlARF genes in tomatoes, SlARF8 was found to exhibit high expression levels in the fruit set transition. The main objective of this thesis is to gain more insight into the roles of SlARF8 in fruit set by reverse genetics. Two homologue genes, SlARF8A and SlARF8B, were identified and isolated. The subcellular localization studies revealed that SlARF8A and SlARF8B localized in the nucleus of the cells. The expression pattern analysis by RT-qPCR revealed that SlARF8A and SlARF8B displayed different expression levels before and after pollination and fertilization. A notable increase in SlARF8A transcript was displayed upon flower pollination, while a decrease in SlARF8B expression level was shown after pollination. The knockout mutants of SlARF8A and SlARF8B were generated by performing the CRISPR/Cas9 genome editing system, with the single mutant slarf8a-cr, slarf8b-cr, and double mutant slarf8a&b-cr were obtained and validated by sequencing. The slarf8a-cr, slarf8b-cr, and slarf8a&b-cr mutants displayed pleiotropic phenotypes, including dwarf plants, smaller and parthenocarpic fruits. Besides, histological analysis revealed the development of placenta, pericarp, locular tissue, and ovules were impaired in these mutants. The expression profiling at the genome level during fruit set process was studied by performing the RNA-Seq approach in these mutants. Among the significantly enriched functional categories in slarf8b-cr, many of which are related first to auxin, then with other hormones known for their role in fruit set, including gibberellin (GA). Besides, by analyzing the AuxRE motif in their promoters which is known to bind with ARFs, an in silico analysis was performed on the promoters of differentially expressed genes (DEGs) in these mutants to identify the potential target genes. It is interesting to notice that among those DEGs, several SAURs and IAAs display high expression levels in fruit set process and be potential target genes of SlARF8B. In parallel with this work and given the importance of identifying the auxin-related genes, a useful tool called Auxiscan was developed. This tool combines with different computer processes and analytical methods, which achieves the fast identification and functional annotation of auxin-related genes starting with a list of gene sequences or even an entire genome. The identification of auxin-related genes is mainly based on searching for conserved functional domains that characterizes each family. It also search for possible targets for miRNA and tasiRNA that are known to regulate some auxin-related genes. Altogether, the present study provides a comprehensive characterization of the SlARF8A and SlARF8B genes and a better understanding of their functions in regulating the fruit set process in tomato