Implication des peptides RALFs dans les communications cellulaires lors du développement du gamétophyte femelle chez Solanum chacoense et Arabidopsis thaliana

Abstract

Chez les angiospermes, la reproduction passe par la double fécondation. Le tube pollinique délivre deux cellules spermatiques au sein du gamétophyte femelle. Une cellule féconde la cellule œuf pour produire un zygote; l’autre féconde la cellule centrale pour produire l’endosperme. Pour assurer un succès reproductif, le développement du gamétophyte femelle au sein de l’ovule doit établir un patron cellulaire qui favorise les interactions avec le tube pollinique et les cellules spermatiques. Pour ce faire, un dialogue doit s’établir entre les différentes cellules de l’ovule lors de son développement, de même que lors de la fécondation. D’ailleurs, plusieurs types de communications intercellulaires sont supposées suite à la caractérisation de plusieurs mutants développementaux. De même, ces communications semblent persister au sein du zygote et de l’endosperme pour permettre la formation d’un embryon viable au sein de la graine. Malgré les développements récents qui ont permis de trouver des molécules de signalisation supportant les modèles d’interactions cellulaires avancés par la communauté scientifique, les voies de signalisation sont de loin très incomplètes. Dans le but de caractériser des gènes encodant des protéines de signalisation potentiellement impliqués dans la reproduction chez Solanum chacoense, l’analyse d’expression des gènes de type RALF présents dans une banque d’ESTs (Expressed Sequence Tags) spécifiques à l’ovule après fécondation a été entreprise. RALF, Rapid Alcalinization Factor, est un peptide de 5 kDa qui fait partie de la superfamille des «protéines riches en cystéines (CRPs)», dont les rôles physiologiques au sein de la plante sont multiples. Cette analyse d’expression a conduit à une analyse approfondie de ScRALF3, dont l’expression au sein de la plante se limite essentiellement à l’ovule. L’analyse de plantes transgéniques d’interférence pour le gène ScRALF3 a révélé un rôle particulier lors de la mégagamétogénèse. Les plantes transgéniques présentent des divisions mitotiques anormales qui empêchent le développement complet du sac embryonnaire. Le positionnement des noyaux, de même que la synchronisation des divisions au sein du syncytium, semblent responsables de cette perte de progression lors de la mégagamétogénèse. L’isolement du promoteur de même que l’analyse plus précise d’expression au sein de l’ovule révèle une localisation sporophytique du transcrit. La voie de signalisation de l’auxine régule également la transcription de ScRALF3. De surcroît, ScRALF3 est un peptide empruntant la voie de sécrétion médiée par le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi. En somme, ScRALF3 est un important facteur facilitant la communication entre le sporophyte et le gamétophyte pour amener à maturité le sac embryonnaire. L’identification d’un orthologue potentiel chez Arabidopsis thaliana a conduit à la caractérisation de AtRALF34. L’absence de phénotype lors du développement du sac embryonnaire suggère, cependant, de la redondance génétique au sein de la grande famille des gènes de type RALF. Néanmoins, les peptides RALFs apparaissent comme d’importants régulateurs lors de la reproduction chez Solanum chacoense et Arabidopsis thaliana.

In angiosperms, reproduction occurs through double fertilization. The pollen tube delivers two sperm cells into the female gametophyte. A first sperm cell fertilizes the egg cell to produce a zygote, while the other fertilizes the central cell to produce the endosperm. To ensure reproductive success, the development of the female gametophyte within the ovule must establish a cellular pattern allowing interaction with the pollen tube and sperm cells. To this end, a dialogue must be established amongst the various cells of the ovule during its development, as well as during fertilization. Several types of communication are suggested by the analysis of developmental mutants. These communications must persist in the zygote and endosperm to allow the formation of a viable embryo within the seed. Recent developments have helped to find signaling molecules that support cell interaction models developed by the scientific community, but the signaling pathways are far from complete. In order to characterise genes encoding signaling proteins which are potentially active during reproduction in Solanum chacoense, I undertook the expression analysis of the RALF-like genes present in a bank of ESTs (Expressed Sequence Tags) specific to the ovule after fertilization. RALF, Rapid Alcalinization Factor, is a 5 kDa peptide that is part of the superfamily of Cysteine Rich Proteins (CRPs), which play a wide variety physiological roles within the plant. This expression analysis led to a detailed analysis of ScRALF3, whose expression in the plant is largely restricted to the ovule. The analysis of ScRALF3 RNAi transgenic plants revealed a function during megagametogenesis. The transgenic plants exhibit abnormal mitotic divisions that prevent the maturity of the embryo sac. The positioning of the nuclei, as well as the timing of divisions in the syncytium, appear to be responsible for the arrest of development during megagametogenesis. Isolation of the promoter as well as more accurate analysis of transcript expression reveals localisation within the ovule sporophytic tissue. The auxin signaling pathway is also involved in the regulation of ScRALF3 expression. ScRALF3 is a secreted peptide passing via the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus. In summary, ScRALF3 may be an important factor facilitating communication between the gametophyte and the sporophyte to allow maturation of the embryo sac. The identification of a potential orthologue in Arabidopsis thaliana led to the characterisation of AtRALF34. The lack of a phenotype during embryo sac development, however, suggests that genetic redundancy within the family of RALF-like genes is very complex. Nevertheless, the RALF peptides appear to be important regulators during reproduction in Solanum chacoense and Arabidopsis thaliana.