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Contrôle de la ramification des plantes
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Mots-clés : Pisum sativum - Physcomitrella patens -  mutant - ramification - méristème - signalisation à longue distance - hormones - strigolactones - analogues synthétiques - études de relations structure-activité

Ecole(s) doctorale(s) de rattachement : "ED145 "Sciences du Végétal" Université Paris 11-Orsay

Contacts :

Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR1318 INRA-AgroParisTech

Bâtiment 7
INRA Centre de Versailles-Grignon
Route de St-Cyr (RD10)
78026 Versailles Cedex France
tél : +33 (0)1 30 83 32 89 - fax : +33 (0)1 30 83 33 19

 

Responsable
Catherine Rameau

Directeur de Recherche

Beate Hoffmann
Assistant-Ingénieur


 Jean-Paul Pillot
Technicien


Anciens membres
de l'équipe

Sandrine Bonhomme
Chargé de recherche

François-Didier Boyer
Chargé de recherche

http://www.icsn.cnrs-gif.fr/spip.php?article519

 

Résumé :


Figure 1 : Structures chimiques de strigolactones

 

Parmi les hormones végétales, les strigolactones (SLs) (Figure 1) représentent la classe d’hormones découverte le plus récemment (Gomez-Roldan et al., 2008) pour leur rôle dans le contrôle de la ramification des plantes. Les mutants déficients en SLs ou ne répondant pas aux SLs sont hyper-ramifiés (Figure 2). Les SLs, non seulement répriment le démarrage des bourgeons axillaires situés à l’aisselle des feuilles, mais contrôlent aussi la croissance secondaire des tiges, la hauteur de la plante et l’architecture racinaire. Ces molécules étaient déjà connues pour leur rôle dans la rhizosphère.  Les SLs sont principalement produites au niveau des racines et exsudées dans la rhizosphère où elles interviennent dans la mise en place de la symbiose mycorhizienne à arbuscules entre des champignons du sol et 80% des plantes terrestres (voir lrsv.ups-tlse). Elles stimulent aussi la germination des graines des plantes parasites Striga et Orobanche contenues dans le sol et signalent la présence d’une plante hôte (voir sciences-techniques.univ-nantes). Leur rôle essentiel dans la symbiose mycorhizienne à arbuscules suggère que les SLs sont des molécules très anciennes et qu’elles ont eu un rôle prépondérant dans la colonisation du milieu terrestre il y a plus de 400 millions d’années. Nous avons montré que ces molécules sont aussi synthétisées par une plante non vasculaire, la mousse Physcomitrella patens, où elles jouent un rôle de communication entre individus et de contrôle de leur extension (Figure 3).
Un objectif du laboratoire est de mieux comprendre comment un même groupe de molécules a été recruté au cours de l’évolution des plantes pour intervenir dans des interactions chimiques entre organismes et contrôler diverses composantes de l’architecture des plantes. Notre travail se base principalement sur 2 plantes modèles, le pois (Pisum sativum) et la mousse (Physcomitrella patens) et l’étude de mutants de synthèse et de réponse aux SLs chez ces 2 espèces (Figures 2 et 3). Notre approche est pluridisciplinaire grâce à la spécificité des disciplines représentées dans l’équipe (physiologistes, généticiens, biologistes moléculaires et chimistes organiciens). Nous avons une collaboration privilégiée avec l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN-CNRS Gif sur Yvette) pour les aspects de chimie, et avec l’URGV d’Evry pour des expériences de TILLING sur le pois, et des approches de transcriptomique.

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Figure 2 : Pois (Pisum sativum) de type sauvage (gauche)
et mutant déficient en SLs (droite)
Figure 3 : Mousse (Physcomitrella patens) de type sauvage (gauche) et mutant déficient en SLs (droite)




Résultats marquants :


 

Derniers résultats marquants :

Les SLs, une activité de répression ou de stimulation de la croissance suivant les méristèmes (de Saint Germain et al., 2013b)

En plus de leur hyper-ramification, un autre phénotype marquant des mutants de synthèse ou de réponse aux SLs est leur petite taille (Figure 2). Après avoir vérifié que ce nanisme n’était pas lié à la forte ramification des plantes, nous avons cherché à mieux comprendre l’effet des SLs sur l’élongation des entre-nœuds (EN). Nos résultats suggèrent que les SLs stimulent l’élongation des EN en agissant sur la division cellulaire, alors que les autres hormones contrôlant la hauteur de la plante (auxine, gibbérellines, brassinostéroides) interviennent principalement sur l’élongation cellulaire. Différentes approches ont été utilisées pour montrer que les SLs agissent indépendamment des gibbérellines pour stimuler la hauteur de la plante. Il semble donc que les SLs répriment la division cellulaire des méristèmes axillaires situés à l’aisselle des feuilles alors qu’elles la stimulent dans les méristèmes apicaux et du cambium.

Quelle partie de la molécule est essentielle à l’activité des SLs pour le contrôle de la ramification ? (Boyer et al., 2012)

Nous nous intéressons au mode d’action des SLs, à l’analyse de l’interaction avec leur récepteur et à la recherche d’analogues plus spécifiques. Une étude de structure-activité a permis d’établir les motifs structuraux importants pour l’activité hormonale (Figure 4). Nous avons découvert des analogues de SLs qui montrent une forte activité hormonale, mais agissent très faiblement sur la germination des graines de plantes parasites (Striga, Phelipanche, Orobanche) (3 brevets déposés).

Quel est le rôle des SLs chez une plante non vasculaire ? (Proust et al., 2011)

La mousse Physcomitrella patens est un nouveau modèle en biologie végétale du fait des possibilités de ciblage de gènes par recombinaison homologue (http://moss.nibb.ac.jp/). Cette plante non vasculaire appartient aux Bryophytes qui sont les descendants actuels des premières plantes à avoir colonisé le milieu terrestre, et dont la génération gamétophytique haploïde est majoritaire. L’obtention et la caractérisation de mutants de Physcomitrella patens dans les gènes homologues aux gènes de synthèse ou de réponse aux SLs apportent des informations majeures sur l’évolution de la fonction de cette nouvelle hormone chez les plantes terrestres et sur l’origine évolutive de la ramification des plantes vasculaires.
L’obtention et la caractérisation d’un mutant déficient en SLs montrent que chez la mousse, les SLs régulent l’extension des individus en fonction de leur densité dans le milieu en jouant principalement sur le taux de division des caulonemas, filaments qui assurent l’extension radiale des individus.

Figure 4 : Motifs structuraux des SLs importants pour
l’activité hormonale de contrôle de la ramification chez le pois
   

 


Publications représentatives :

 

Boyer FD, de Saint Germain A, Pouvreau JB, Clavé G, Pillot JP, Roux A, Rasmussen A, Depuydt S, Lauressergues D, Frei Dit Frey N, Heugebaert TS, Stevens CV, Geelen D, Goormachtig S, Rameau C (2014) New strigolactone analogs as plant hormones with low activities in the rhizosphere. Mol Plant 7: 675-90 (PubMed)

Hoffmann B, Proust H, Belcram K, Labrune C, Boyer FD, Rameau C, Bonhomme S (2014) Strigolactones Inhibit Caulonema Elongation and Cell Division in the Moss Physcomitrella patens. PLoS One:9(6):e99206. doi: 10.1371(pdf)

de Saint Germain A, Bonhomme S, Boyer FD, Rameau C (2013a) Novel insights into strigolactone distribution and signalling. Curr Opin Plant Biol 16: 583-589 (PubMed)

de Saint Germain A, Ligerot Y, Dun EA, Pillot JP, Ross JJ, Beveridge CA, Rameau C (2013b) Strigolactones stimulate internode elongation independently of gibberellins. Plant Physiol 163: 1012-25 (pubMed)

Bonhomme S, Nogue F, Rameau C, Schaefer DG (2013) Usefulness of Physcomitrella patens for studying plant organogenesis. Methods Mol Biol 959: 21-43 (pdf)

Chen VX, Boyer FD, Rameau C, Pillot JP, Vors JP, Beau JM (2013) New synthesis of A-ring aromatic strigolactone analogues and their evaluation as plant hormones in pea (Pisum sativum). Chemistry 19: 4849-4857 (PubMed)

Boyer FD, de Saint Germain A, Pillot JP, Pouvreau JB, Chen VX, Ramos S, Stevenin A, Simier P, Delavault P, Beau JM, Rameau C (2012) Structure-activity relationship studies of strigolactone-related molecules for branching inhibition in garden pea: molecule design for shoot branching. Plant Physiol 159: 1524-1544 (pdf)

Braun N, de Saint Germain A, Pillot JP, Boutet-Mercey S, Dalmais M, Antoniadi I, Li X, Maia-Grondard A, Le Signor C, Bouteiller N, Luo D, Bendahmane A, Turnbull C, Rameau C (2012) The pea TCP transcription factor PsBRC1 acts downstream of strigolactones to control shoot branching. Pl Physiol 158:225–238 (pdf)

Proust H, Hoffmann B, Xie X, Yoneyama K, Schaefer DG, Nogue F, Rameau C (2011) Strigolactones regulate protonema branching and act as a quorum sensing-like signal in the moss Physcomitrella patens. Development 138: 1531-1539 (pdf)

Chen X, Boyer FD, Rameau C, Retailleau P, Vors JP, and Beau JM (2010). Stereochemistry, total synthesis, and biological evaluation of the new plant hormone solanacol. Chemistry 16, 13941-13945 (Abstract)

Beveridge CA, Dun EA, and Rameau C (2009). Pea has its tendrils in branching discoveries spanning a century from auxin to strigolactones. Plant Physiol 151: 985-990 (pdf)

Gomez-Roldan, V., Fermas, S., Brewer, P.B., Puech-Pages, V., Dun, E.A., Pillot, J.P., Letisse, F., Matusova, R., Danoun, S., Portais, J.C., Bouwmeester, H., Becard, G., Beveridge, C.A., Rameau, C., and Rochange, S.F. (2008). Strigolactone inhibition of shoot branching. Nature 455: 189-194 (PubMed)

Johnson, X., Brcich, T., Dun, E.A., Goussot, M., Haurogne, K., Beveridge, C.A., and Rameau, C. (2006). Branching genes are conserved across species. Genes controlling a novel signal in pea are coregulated by other long-distance signals. Plant Physiol 142: 1014-1026 (pdf)

 


Liste des Publications détaillées



 


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