Caractérisation du facteur de transcription TaZFP1B chez le blé (Triticum aestivum) par la mise au point d'un nouveau système d'expression viral

Cheuk, Arnaud (2018). « Caractérisation du facteur de transcription TaZFP1B chez le blé (Triticum aestivum) par la mise au point d'un nouveau système d'expression viral » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biochimie.

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Résumé

L'impact des changements climatiques sur la disponibilité et les ressources en eau soulève des inquiétudes sur l'agriculture et la sécurité alimentaire. La montée de la température globale entraîne des événements extrêmes (sécheresse, inondations, canicules) plus violents et plus fréquents dans plusieurs régions du monde. De plus, afin de répondre aux besoins d'une population mondiale croissante, la production céréalière devra s'accroître. L'agriculture est donc confrontée à de multiples défis. L'amélioration des variétés de plantes de cultures mieux adaptées aux stress environnementaux est donc nécessaire pour améliorer la productivité et réduire les pertes liées aux changements climatiques. Le blé (Triticum aestivum) fait partie des trois céréales principalement cultivées dans le monde. L'identification de gènes associés à des traits agronomiques constitue une première étape importante dans l'amélioration du blé. Dans cette étude, nous avons reconstitué une grande famille de protéines à doigt de zinc TaZFP de type C2H2 de la sous classe C1-2i. Cette famille de facteur de transcription est composée de 61 membres incluant les homoéologues des génomes A, B et D. Ces gènes sont issus de l'héritage des ancêtres du blé ou de la divergence génétique lors de l'évolution du blé. Les analyses d'expression suggèrent que les TaZFP pourraient jouer un rôle spécifique dans la réponse à divers stress abiotiques (lumière intense, l'anoxie et la sécheresse) et au peroxyde d'hydrogène. La différence d'expression entre chaque copie de TaZFP à un stress donné témoigne de l'évolution indépendante des trois génomes au cours de l'évolution. En comparant l'expression des TaZFP, nous avons identifié un membre TaZFP (TaZFP1B) qui répond fortement (>10 fois) à tous les stress testés. Ces résultats suggèrent que ce gène pourrait jouer un rôle central dans la réponse au stress abiotique. Afin de confirmer cette hypothèse, sa caractérisation fonctionnelle a été réalisée. La surexpression et l'inhibition de l'expression de gènes sont des approches importantes pour effectuer la caractérisation fonctionnelle. Étant donné que les approches impliquant la production d'organismes génétiquement modifiés constitue un défi chez le blé, le virus de la mosaïque striée de l'orge (BSMV) est devenu un vecteur largement utilisé pour étudier la fonction de gènes par la technique du « virus-induced gene silencing » (VIGS). Dans la présente étude, nous avons exploré le potentiel du BSMV à surexprimer un gène en développant une nouvelle méthode d'inoculation. Une petite protéine fluorescente iLOV a été utilisée comme gène rapporteur d'expression afin de suivre l'infection et la propagation du BSMV. Par rapport à la méthode traditionnelle d'inoculation du BSMV par grattage des feuilles, la méthode d'imbibition des graines donne lieu à une forte détection uniforme de la protéine iLOV dans les plantes monocotylédones et dicotylédones en moins de 7 jours. De plus, cette méthode d'inoculation ne cause aucun dégât physique ou symptômes au niveau de la plante. L'expression de la protéine iLOV a permis de suivre la progression de l'infection virale dans tous les tissus et organes infectés systémiquement ainsi que dans la prochaine génération de plantes. Cette nouvelle méthode permet donc d'accélérer l'étude fonctionnelle d'un gène à différentes étapes du développement de la plante d'une manière simple, rapide et peu couteuse. Les systèmes d'expression basés sur les virus de plante permettent la surexpression rapide des protéines. Cependant, les systèmes actuels ont été développés pour l'inhibition des gènes et présentent des limites au niveau de la taille du gène pouvant être inséré dans le génome viral. Dans cette étude, nous avons mis au point un nouveau système de BSMV à 4 ARN qui permet l'expression de gènes plus grands (-2,000 nucléotides) dans différentes espèces de plantes. L'efficacité du système a été démontrée à partir de la surexpression de la protéine TaALMT1 (aluminum transporter malate 1) et de TaALMT1-GFP. Les résultats ont montré une amélioration significative de la tolérance à l'Al des variétés de blé sensibles ou tolérantes à l'Al. Par ailleurs, l'utilisation des marqueurs fluorescents (GFP et mCherry) a démontré qu'une cotransformation de gènes est possible. Cette technologie fournit une nouvelle approche qui contribue à l'accélération de la recherche en génomique végétale. La disponibilité des outils permettant la surexpression ou l'inhibition de gènes est nécessaire pour la caractérisation fonctionnelle de TaZFP1B chez le blé. Les résultats de notre étude démontrent le rôle de TaZFP1B dans la tolérance à la sécheresse. La surexpression de TaZFP1B a permis d'améliorer la croissance du blé. En condition de sécheresse, nous avons trouvé que la surexpression de TaZFP1B a permis de maintenir la croissance et la productivité des plants de blé. Ces résultats sont associés avec une stimulation du système antioxydant suggérant que le facteur de transcription TaZFP1B est impliqué dans l'homéostasie des espèces réactives d'oxygène (ROS). L'analyse transcriptomique a par ailleurs révélée que TaZFP1B régule un mécanisme complexe de signalisation impliquant l'expression d'un grand nombre de gènes associés à la tolérance au stress oxydatif et à la sécheresse. En conclusion, cette étude a permis d'identifier un membre de facteur de transcription TaZFP de type C2H2 associé à la réponse à divers stress abiotiques. À partir du nouveau système viral mis au point, cette étude permet également de mieux comprendre le rôle fonctionnel de TaZFP1B dans la réponse et la tolérance au stress oxydatif et à la sécheresse. Avec les changements climatiques, la sélection de variétés possédant des caractères de tolérance aux conditions extrêmes est un objectif majeur pour améliorer la productivité végétale en conditions de stress. Cette étude fournit des informations essentielles qui permettront l'amélioration génétique du blé en produisant des variétés plus tolérantes aux changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Blé, facteur de transcription, TaZFP, stress abiotique, sécheresse, stress oxydatif, virus de la mosaïque striée de l'orge.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Houde, Mario
Mots-clés ou Sujets: Blé / Résistance à la sécheresse / Stress oxydatif / Facteur de transcription TaZFP / Protéines à doigts de zinc / Expression génique / Virus de la mosaïque striée de l'orge
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département de chimie
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 11 mars 2019 15:44
Dernière modification: 11 mars 2019 15:44
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/12329

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