IJPB-Contrôle de la ramification des plantes

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Mots-clés : Pisium sativum - Medicago truncatula - mutant - ramification - méristème - signalisation à longue distance -strigolactones

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 30 00 - fax : +33 (0)1 30 83 33 19

	Responsable Catherine Rameau Directeur de Recherche
	Jean-Paul Pillot Technicien
	Yasmine Ligerot Doctorant du 01/10/12 au 30/09/15
	Lina Maloukh Post-doct INRA/DGAP du 01/11/2010 au 31/10/15

	Sandrine Bonhomme Chargé de recherche
	Beate Hoffmann Assistant-Ingénieur
	Linnan Ma Master 2 du 7/1/13 au 28/6/13
	Anciens membres de l'équipe

Résumé :

Les plantes sont des organismes fixés qui doivent intégrer de multiples facteurs endogènes et environnementaux pour coordonner la différenciation et le développement des différentes parties de la plante. Cette coordination repose sur l’action de molécules signal qui agissent à de très faibles concentrations et qui assurent la communication entre les cellules et entre les organes.
Depuis les années 1930, il était classiquement admis que l’auxine et les cytokinines étaient les deux hormones essentielles impliquées dans la dominance apicale, processus où l’apex de la plante producteur d’auxine empêche le démarrage des bourgeons axillaires sous-jacents. Lorsque la plante est “décapitée”, les bourgeons axillaires qui étaient jusque là dormants démarrent pour former de nouvelles ramifications. Le développement de ces nouvelles tiges activé par les cytokinines produites par les racines permet à la plante de survivre et de se reproduire.

Notre travail sur le contrôle génétique et physiologique de la ramification de la plante est basé sur une importante collection de mutants de pois hyper ramifiés. Il y a une dizaine d’années, nous avions mis en évidence par des expériences de greffes entre ces mutants, l’existence d’un nouveau signal réprimant la ramification.
Ce travail vient d’aboutir à l’identification d’une nouvelle classe d’hormones végétales, les strigolactones, qui répriment le démarrage des bourgeons axillaires situés à l’aisselle de chaque feuille.

Résultats marquants :

Les strigolactones : une nouvelle classe d’hormones chez les plantes

Les strigolactones sont de petites molécules connues pour être produites par les racines des plantes et exsudées dans la rhizosphère où elles interviennent dans la mise en place de la symbiose mycorhizienne à arbuscules entre un petit groupe de champignons du sol et 80% des plantes terrestres. 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. En 2005, Matusova et al. montrent que les strigolactones sont des dérivés de caroténoides. Les strigolactones ou des molécules apparentées devenaient ainsi de bons candidats pour correspondre au signal réprimant la ramification qu’on savait aussi être un dérivé de caroténoïdes. En collaboration avec le groupe de G. Bécard (Université de Toulouse III/CNRS, Castanet-Tolosan), et le groupe de C. Beveridge (Université du Queensland, Brisbane, Australie), nous avons démontré que le signal inhibiteur de la ramification correspond aux strigolactones ou à un dérivé de strigolactones.

La mousse Physcomitrella patens

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 font partie des premières plantes à avoir colonisé le milieu terrestre et où la génération gamétophytique haploïde est majoritaire.
L’obtention et la caractérisation de mutants dans les gènes orthologues aux gènes RMS chez Physcomitrella patens apporte 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.

Publications représentatives :

Liste de Publications sur le contrôle de la ramification

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

Chen, V.X., Boyer, F.D., Rameau, C., Retailleau, P., Vors, J.P., and Beau, J.M. (2010). Stereochemistry, total synthesis, and biological evaluation of the new plant hormone solanacol. Chemistry 16, 13941-13945.

de Saint Germain, A., Braun, N., and Rameau, C. (2010). [Strigolactones, a novel class of plant hormones controlling branching]. Biol Aujourdhui 204, 43-49.

Rameau, C. (2010). Strigolactones, a novel class of plant hormone controlling shoot branching. C R Biol 333, 344-349.

Beveridge CA, Rameau C (2010) The branching hormone, strigolactone. In Plant Hormones. Biosynthesis, Signal Transduction, Action! (12p) In Revised 3rd edition. Davies, Peter J. (Ed.) Springer. ISBN: 978-1-4020-2685-0

Wenden B, Dun EA, Hanan J, Andrieu B, Weller JL, Beveridge CA, Rameau C. (2009) Computational analysis of flowering in pea (Pisum sativum). New Phytologist 184:153-67

Brewer PB, Dun EA, Ferguson BJ, Rameau C, Beveridge CA. (2009) Strigolactone acts Downstream of Auxin to Regulate Bud Outgrowth in Pea and Arabidopsis. Plant Physiol. 150:482-493.

Gomez-Roldan V, Fermas S, Brewer PB, Puech-Pagès V, Dun EA, Pillot JP, Letisse F, Matusova R, Danoun S, Portais J-C, Bouwmeester H, Bécard G, Beveridge CA, Rameau C, Rochange SF (2008) Strigolactone inhibition of shoot branching. Nature 455:189-194.

Foo E, Morris SE, Parmenter K, Young N, Wang H, Jones A, Rameau C, Turnbull CG, Beveridge CA. (2007) Feedback regulation of xylem cytokinin content is conserved in pea and Arabidopsis. Plant Physiol. 143:1418-28.

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

Autres publications sur le contrôle de la floraison chez le pois Pisum sativum
Hecht V, Foucher F, Ferrandiz C, Macknight R, Navarro C, Morin J, Vardy ME, Ellis N, Beltran JP, Rameau C, Weller JL. (2005) Conservation of Arabidopsis flowering genes in model legumes. Plant Physiol 137:1420-1434.

Foo E, Bullier E, Goussot M, Foucher F, Rameau C, Beveridge CA (2005) The branching gene RAMOSUS1 mediates interactions among two novel signals and auxin in pea. Plant Cell 17:464-474. (PubMed), PDF (Intranet only)

Beveridge CA, Gresshoff PM, Rameau C, Turnbull CGN (2003) Additional signalling compounds are required to orchestrate plant development. J Plant Growth Regul 22:15-24.

Foucher F, Morin J, Courtiade J, Cadioux S, Ellis N, Banfield M, Rameau C. (2003) DET and LF are two TFL1/CEN homologues controlling two distinct phases of flowering initiation and development in pea. Plant Cell 15 : 2742-2754.(PubMed), PDF (Intranet only)

Sorefan K, Booker J, Haurogné K, Goussot M, Bainbridge K, Foo E, Chatfield S, Ward S, Beveridge C, Rameau C, Leyser O (2003) MAX4 and RMS1 are orthologous dioxygenase-like genes that regulate shoot branching in Arabidopsis and Pea. Genes Dev. 17:1469-1474. (PubMed), PDF (Intranet only)

Rameau C, IC Murfet, V Laucou, RS Floyd, S Morris, CA Beveridge (2002) Pea rms6 mutants exhibit increased basal branching. Physiologia Plantarum 115:458-467. (PubMed), PDF (Intranet only)

Beveridge CA, Symons GM, Murfe, IC, Ross JJ, Rameau C (1997) The rms1 mutant of pea has elevated of indole-3-acetic acid levels and reduced root-sap zeatin riboside content but increased branching controlled by graft transmissible signal(s). Plant Physiol 115: 1251-1258. PDF (Intranet only)

Beveridge CA, Murfet IC, Kerhoas L, Sotta B, Miginiac E, Rameau C (1997) The shoot controls zeatin riboside export from pea roots. Evidence from the branching mutant rms4. Plant J 11:339-345. PDF (Intranet only)

Liste de Publications détaillées

Weller JL, Terry MJ, Rameau C, Reid JB, Kendrick RE (1996) The phytochrome-deficient pcd1 mutant of pea is unable to convert heme to biliverdin IXa. Plant Cell 8, 55-67.

Beveridge CA, Murfet IC, Kerhoas L, Sotta B, Miginiac E, Rameau C (1997) The shoot controls zeatin riboside export from pea roots. Evidence from the branching mutant rms4. Plant J 11:339-345.

Chalhoub BA, Thibault S, Laucou V, Rameau C, Höfte H, Cousin R (1997) Silver staining and recovery of AFLPTM amplification products on large denaturing polyacrylamide gels. Biotechniques 22, 2, 216-220.

10- Beveridge CA, Symons GM, Murfe, IC, Ross JJ, Rameau C (1997) The rms1 mutant of pea has elevated of indole-3-acetic acid levels and reduced root-sap zeatin riboside content but increased branching controlled by graft transmissible signal(s). Plant Physiol 115: 1251-1258.

Rameau C, Bodelin C, Cadier D, Grandjean O, Miard F, Murfet IC (1997) New ramosus mutants at loci Rms1, Rms3 and Rms4 resulting from the mutation breeding program at Versailles. Pisum Genetics 29:7-12.

Laucou V, Haurogné K, Ellis N, Rameau C (1998) Genetic mapping in pea. 1- RAPD-based genetic linkage map of Pisum sativum. Theor Appl Genet 97:905-915 .

Rameau C, Dénoue D, Fraval F, Haurogné K, Josserand J, Laucou V, Batge S, Murfet IC (1998) Genetic mapping in pea. 2- Identification of RAPD and SCAR markers linked to genes affecting plant architecture. Theor Appl Genet 97:916-928.

Murfet IC, Rameau C (2000) Map position of the Rms6 locus. Pisum Genetics 32:58-59.

Rameau C, Bellec Y, Grillot P, Parmenter KS, Beveridge CA, Turnbull CGN (2002) Mutations at several loci suppress vegetative axillary meristem initiation in pea. Pisum Genetics 34:15-19.

Rameau C, IC Murfet, V Laucou, RS Floyd, S Morris, CA Beveridge (2002) Pea rms6 mutants exhibit increased basal branching. Physiologia Plantarum 115:458-467.

Morris SE, Beveridge CA, Murfet IC, Prioul S, and Rameau C (2003) The basal branching pea mutant rms7-1. Pisum Genetics 35:10-14.

Weller JL, Foucher F, Hecht V, Rameau C (2003) New directions for the genetics of flowering in pea. FNL 36, 15-24.

Beveridge CA, Gresshoff PM, Rameau C, Turnbull CGN (2003) Additional signalling compounds are required to orchestrate plant development. J Plant Growth Regul 22:15-24.

Foo E, Bullier E, Goussot M, Foucher F, Rameau C, Beveridge CA (2005) The branching gene RAMOSUS1 mediates interactions among two novel signals and auxin in pea. Plant Cell 17:464-474.

Hecht V, Foucher F, Ferrandiz C, Macknight R, Navarro C, Morin J, Vardy ME, Ellis N, Beltran JP, Rameau C, Weller JL. (2005) Conservation of Arabidopsis flowering genes in model legumes. Plant Physiol 137:1420-1434. (PubMed), PDF (Intranet only)

K. Loridon, K. McPhee, J. Morin, P. Dubreuil, M.L. Pilet-Nayel, G. Aubert, C. Rameau, A. Baranger, C. Coyne, I. Lejeune-Hénaut, J. Burstin. (2005) Microsatellite marker polymorphism and mapping in pea (Pisum sativum L.). Theor Appl Genet, 111:1022-1031.

Aubert G, Morin J, Jacquin F, Loridon K, Quillet MC, Petit A, Rameau C, Lejeune-Hénaut I, Huguet T, Burstin J (2006). Functional mapping in pea, as an aid to the candidate gene selection and for investigating synteny with the model legume Medicago truncatula. Theor Appl Genet, 112(6):1024-41,

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

Prioul-Gervais S, Deniot G, Receveur EM, Frankewitz A, Fourmann M, Rameau C, Pilet-Nayel ML, Baranger A (2007) Candidate genes for quantitative resistance to Mycosphaerella pinodes in pea (Pisum sativum L.). Theor Appl Genet. 114:971-84.

Triques K, Sturbois B, Gallais S, Dalmais M, Chauvin S, Clepet C, Aubourg S, Rameau C, Caboche M, Bendahmane A (2007) Characterization of Arabidopsis thaliana mismatch specific endonucleases: application to mutation discovery by TILLING in pea. Plant J 51:1116-1125

Lejeune-Hénaut I, Hanocq E, Be´thencourt L, Fontaine V, Delbreil B, Morin J, Petit A, Devaux R, Boilleau M, Stempniak J-J, Thomas M, Laine A-L, Foucher F, Baranger A, Burstin J, Rameau C, Giauffret C (2008) The flowering locus Hr colocalizes with a major QTL affecting winter frost tolerance in Pisum sativum L. Theor Appl Genet., 116 : 1105-1116

Weston DE, Elliott RC, Lester DR, Rameau C, Reid JB, Murfet IC, Ross JJ (2008) The Pea DELLA Proteins LA and CRY Are Important Regulators of Gibberellin Synthesis and Root Growth Plant Physiol. 147:199-205

Wang Z, Luo Y, Li X, Wang L, Xu S, Yang J, Weng L, Sato S, Tabata S, Ambrose M, Rameau C, Feng X, Hu X, Luo D.(2008) Genetic control of floral zygomorphy in pea (Pisum sativum L.) Proc Natl Acad Sci U S A 105:10414-10419.

Brewer PB, Dun EA, Ferguson BJ, Rameau C, Beveridge CA. (2009) Strigolactone acts Downstream of Auxin to Regulate Bud Outgrowth in Pea and Arabidopsis. Plant Physiol. 150:482-493.

Beveridge CA, Dun EA, Rameau C Pea has its tendrils in branching discoveries spanning a century from auxin to strigolactones. Pl Physiol (Plant Physiology Update for Legume Special Issue) in press.

de Saint Germain, A., Braun, N., and Rameau, C. (2010). [Strigolactones, a novel class of plant hormones controlling branching]. Biol Aujourdhui 204, 43-49.

Rameau, C. (2010). Strigolactones, a novel class of plant hormone controlling shoot branching. C R Biol 333, 344-349.

Pour en savoir plus : cartographie du génome du pois