Développement de la graine

Les membres de l'équipe (lien vers trombinoscope)

Agents permanents
Gwyneth INGRAMDR CNRS04 72 72 89 82
Sophy CHAMOTT CNRS04 72 72 86 14
Audrey CREFFIE CNRS04 72 72 89 85
Nathalie DEPEGE-FARGEIXMdC UCBL04 72 72 89 85
Ghislaine GENDROTAI INRA04 72 72 86 07
Peter ROGOWSKYDR INRA04 72 72 86 07
Thomas WIDIEZCR INRA04 72 72 86 08
Post-docs & chercheurs invités
NANANA
Etudiants
Nicolas DOLLDoctorant, ENS Lyon (ED BMIC)04 72 72 86 08
Laurine GILLESDoctorante CIFRE (CIFRE) / ENS Lyon (ED BMIC)04 72 72 39 58
Agents contractuels
Jérôme LAPLAIGEIE INRA04 72 72 86 07
Christelle RICHARDAI INRA04 72 72 85 91

Nos publications


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Thématique

L’équipe s’intéresse aux mécanismes moléculaires et génétiques qui gouvernent le développement de la graine (embryon, albumen, téguments) chez la plante modèle Arabidopsis et une espèce d’intérêt agronomique, le maïs. L’embryon comme l’albumen se développe à partir d’une seule cellule en un organisme pluricellulaire fortement différencié, tout en ajustant sa croissance à celle des autres parties de la graine. Tandis que des centaines de gènes sont impliqués dans ces processus, seulement une petite partie est connue aujourd’hui. Le défi consiste donc à identifier de nouveaux gènes qui gouvernent ces processus et à comprendre leur fonction et leur régulation. La finalité de ce travail est la modification génétique de la graine pour mieux répondre aux exigences d’une agriculture durable, soit par implication de la transgenèse, soit par sélection assistée par marqueur.

Projets en cours

- Régulation transcriptionnelle du développement de la graine
- Réseau de gènes régulé par ZHOUPI chez Arabidopsis et le maïs
- Communications entre enveloppe-albumen-embryon
- Caractérisation de la protéine DEK1 chez Arabidopsis et le maïs
- Clonage positionnel du locus gim (gynogenesis in maize)
- Transgenèse du maïs


Régulation transcriptionnelle du développement de la graine

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Les grains des céréales sont une ressource majeure pour la nutrition mondiale, la chimie verte et la production d’énergie alternative. Par conséquent, la compréhension de la formation des grains chez les céréales et, en particulier, de la fonction et la régulation des gènes impliqués, est stratégique pour une sélection variétale ambitieuse.
Le grain est un système biologique complexe composé de trois compartiments (enveloppe, embryon, albumen) qui subit des changements profonds lors de son développement caractérisé par trois étapes majeures, i.e. morphogenèse, remplissage et déshydratation. L’existence de programmes génétiques et épigénétiques spécifiques des trois compartiments et des trois stades est suggérée par des analyses transcriptomiques chez la plante modèle Arabidopsis et plusieurs autres espèces.

Les questions abordées sont les suivantes :
- Établir les profils d’expression des gènes (à l’échelle du génome) du maïs à différents stades du développement et dans les différents compartiments.

- Étudier le degré de conservation, ainsi que les spécificité chez le maïs du réseau régulateur ABI3/FUS3/LEC2/LEC1 qui est essentiel pour le développement de la graine chez Arabidopsis

- Caractériser la fonction de nouveaux facteurs de transcription dans le développement du grain de maïs.

Réseau de gènes régulé par ZHOUPI chez Arabidopsis et le maïs

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L’une des principales différences entre les graines d’Arabidopsis et celles du maïs est la persistance de l’albumen. Chez Arabidopsis l’albumen est transitoire car il est dégradé au fur et à mesure que l’embryon se développe afin de fournir l’espace, et peut-être des éléments nutritifs. Nous avons identifié le gène ZHOUPI (ZOU) comme étant nécessaire pour ce processus chez Arabidopsis. Nous avons également montré que ZOU régule une voie de signalisation qui est impliqué dans la formation de la surface de l’embryon au cours du développement de la graine.
La protéine ZOU est conservée dans les plantes à fleurs et même présente chez les mousses, ce qui suggère un rôle ancien de ZOU, peut-être impliqué dans le développement du gamétophyte femelle.

Les questions abordées sont les suivantes :
- Quels sont les processus, passant par la signalisation ZOU, qui conduisent à la dégradation de l’albumen ?
- Quel est le rôle de ZOU chez une plante qui possède un albumen persistant comme le maïs ?
- Quels sont les réseaux de régulation (cible directes/co-regulateurs/signalisation en amont) impliqués dans la signalisation ZOU chez ces deux espèces ?

Communications entre enveloppe-albumen-embryon

Seed coat (bleu) ; Endosperm (red) ; Embryo (green)
Les grains de maïs sont composées principalement de trois compartiments : le tégument (représenté en bleu sur la photo ci-contre), l’embryon (en vert), et son tissu nourricier l’albumen (en rouge). Au cours du développement du grain, ces trois tissus subissent de profonds changements qui se produisent de façon synchronisée. Ceci souligne la nécessité d’établir une communication entre ces 3 tissus différents, afin de coordonner leurs programmes de développement. Malgré l’importance de ces communications, le dialogue mis en jeu reste très inconnu.

Les questions abordées sont les suivantes :
- Quelles sont les voies de signalisation intervenant dans la communication entre tégument, embryon et albumen ?
- Quels sont les effecteurs de ces signalisations entre tissus ?

Caractérisation de la protéine DEK1 chez Arabidopsis et le maïs

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Wild-type cotyledon (left) vs dek1 cotyledon (right)

DEK1 est une protéine fortement conservée et essentielle à la fois chez Arabidopsis et chez le maïs. Une caractérisation fonctionnelle préliminaire a mis en évidence l’importance de DEK1 dans la coordination de la croissance de l’embryon et de l’albumen, ce qui en fait un candidat intéressant pour un rôle dans la communication inter-tissulaire et inter-compartimental au cours du développement de la graine. DEK1 est une protéine composée d’un domaine transmembranaire et d’une partie cytoplasmique possédant une activité « calpain » protéase de la calpaïne, ainsi qu’un domaine de fonction inconnue.

Les questions abordées sont les suivantes :
- Quelles sont les fonctions biochimiques des différents domaines de la protéine DEK1 ?
- Comment pouvons-nous expliquer les différents phénotypes associés à la perte et au gain de fonction de DEK1 ?
- Dans quelles voies de signalisations est impliqué DEK1 ?

Clonage positionnel du locus gim (gynogenesis in maize)

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La gynogenèse (développement de la cellule oeuf non-fécondée en plante haploïde) combinée avec une diploïdisation par colchicine est aujourd’hui un outil quotidiennement utilisé dans la sélection du maïs. Chez le maïs, elle est obtenue par pollinisation de la plante d’intérêt par une lignée dite inductrice. Un QTL majeur gim (gynogenesis of maize) de la capacité inductrice a été identifié sur le chromosome 1. L’objectif du projet est le clonage positionnel de ce QTL et l’identification du gène responsable.

Etapes en cours de réalisation :
- Déterminer la taille exacte de l’intervalle de confiance par densification en marqueurs
- Identifier des recombinants supplémentaires dans l’intervalle

Transgenèse du maïs


- Plateforme technique transformation du maïs
Fondée en 2008, la première année de la plateforme a été consacrée à l’établissement de la technique de transformation la plus utilisée actuellement (co-culture d’embryons immatures avec d’Agrobacterium tumefaciens). Depuis 2010, la plateforme produit en moyenne un total de 80 évènements de transformation pour 8 constructions différentes par an. La vocation de la plateforme est la production de plantes transgéniques à des fins de recherche fondamentale et toutes les plantes produites sont cultivées exclusivement dans un environnement confiné. La plateforme est ouverte à des collaborations externes. Pour plus d’information Contacter Ghislaine Gendrot

- Amélioration de la transgenèse du maïs
La transgenèse du maïs est un outil essentiel en génomique fonctionnelle. La technique standard utilisée actuellement est d’une efficacité limitée (2 à 5% des embryons mis en contact avec Agrobacterium tumefaciens sont transformés), assez lente (9 mois entre la transformation et la récolte des grains T1), limitée à un seul génotype et consommatrice de moyens humains. L’objectif du projet d’améliorer la technique existante et de tester chez le maïs des outils novateurs de transgenèse.
- Etapes en cours de réalisation :
- Établir la transformation de génotypes supplémentaires du maïs
- Tester la transformation in planta chez le maïs
- Utiliser des méganucléases pour une insertion ciblée dans le génome du maïs
- Utiliser la technologie "TALEN" pour le "knockout" de gènes

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