Identification and functional characterization of transcription factors involved in grape berry development
Identification et caractérisation fonctionnelle de facteurs de transcription impliqués dans le développement de la baie de raisin
Résumé
Grapevine (Vitis vinifera L.) is the most economically important fruit crop in the world. The quality of this non climacteric fruit depends on numerous parameters such as size, organic acids and sugar metabolisms, water balance, and secondary metabolism. During fruit development and ripening, hormones and sugars can act as signals affecting cellular metabolism and expression of key regulatory genes. Up to now, little is known about the gene networks involved in these processes and therefore very few of these regulatory genes have been characterized.The aim of this PhD work was to get a better insight in the mechanisms involved in grape berry development through the identification and characterization of sugar-dependent transcription factors (TFs) that were expressed during fruit development. We identified five TFs, and fully characterized two of them: VvCEB1 and VvABF2.VvCEB1 (Vitis vinifera Cell Elongation bHLH) is preferentially expressed in the berry at the onset of ripening and during the ripening stage. Overexpression of VvCEB1 in grapevine and tomato affected both grape embryo development and plant organ size by modifying their cell number and cell size. A transcriptional analysis performed on these transgenic lines confirmed that VvCEB1 stimulates cell expansion and suggests the involvement of the phytohormone auxin.VvABF2 is transcriptionally regulated by abscisic acid (ABA), a phytohormone known to play a crucial role in non-climacteric fruit ripening. VvABF2 transcripts accumulated more abundantly during the ripening stage. A whole-genome based transcriptomic approach performed on VvABF2-overexpressing grape cells treated or not with ABA emphasizes the up-regulation of genes linked to fruit ripening processes. Indeed, genes encoding enzymes involved in the biosynthesis of phenolic compounds and in softening were affected. Finally, phenotypic analysis of VvABF2-overexpressing tomato fruits reinforces the link between this transcription factor and fruit softening. Indeed, from the “turning” stage, an accelerated fruit softening was observed in the transgenic fruits.Taken together, this PhD work contributed to a better understanding of the molecular mechanisms involved in the ripening of non climacteric fleshy fruit.
Le raisin (Vitis vinifera L.) est un fruit charnu non climactérique d’importance économique majeure. De nombreux paramètres, comme la taille, le métabolisme des acides organiques et des sucres, l’équilibre hydrique et la synthèse de métabolites secondaires, affectent la « qualité » de la baie. Les signaux affectant la reprogrammation du métabolisme cellulaire et l’expression des gènes codant des protéines clefs du développement et du mûrissement incluent les hormones et l’accumulation des sucres, présents à des taux variables au cours du développement de la baie. La régulation transcriptionnelle est l’élément essentiel qui contrôle ces modifications majeures. A ce jour, dans le contexte de la régulation du développement du raisin, très peu d’acteurs moléculaires ont pu être clairement caractérisés. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont donc eu pour objectif de mieux comprendre cette régulation par l’identification et la caractérisation de facteurs de transcription régulés transcriptionnellement par le saccharose et exprimés au cours du développement de la baie de raisin. Parmi les cinq facteurs de transcription identifiés, trois n’ont pu être étudiés que de manière préliminaire et deux, VvCEB1 et VvABF2, ont fait l’objet d’une caractérisation plus approfondie. VvCEB1 (Vitis vinifera Cell Elongation bHLH) est exprimé préférentiellement dans la baie de raisin au cours de la phase de maturation. Une approche par transgénèse chez la Vigne et la Tomate montre que la surexpression de ce facteur de transcription affecte à la fois le développement des embryons de Vigne et des fruits de Tomate, en modifiant notamment le nombre et la taille des cellules qui les constituent. Une analyse transcriptionnelle réalisée à partir de ce matériel biologique confirme le rôle de VvCEB1 dans la stimulation de l’expansion cellulaire et suggère l’implication de l’auxine. VvABF2 est régulé transcriptionnellement par l’ABA, une hormone clef impliquée dans les processus de maturation des fruits non climactériques. Les transcrits VvABF2 s’accumulent majoritairement pendant l’étape de maturation. Une approche transcriptomique sur génome complet de Vigne et réalisée à partir de suspensions cellulaires embryogènes surexprimant VvABF2, traitées ou non par l’ABA souligne la stimulation de l’expression des gènes codant les enzymes liées à la maturation du raisin. En effet, des gènes des voies de biosynthèse des composés phénoliques et du ramollissement sont affectés. Enfin, l’analyse phénotypique de plants de Tomate surexprimant VvABF2 renforce l’hypothèse liant ce facteur de transcription au ramollissement : à partir du stade "turning" un ramollissement accéléré du fruit est observé.Prise dans son ensemble cette thèse contribue à une meilleure compréhension des mécanismes de signalisation moléculaires impliqués dans le développement d’un fruit charnu non climactérique.