Gwilherm Brisou

Identification et caractérisation de mutations conférant la résistance au stress thermique chez Arabidopsis, en vue d'application aux espèces cultivées: En agriculture, les stress abiotiques entraînent de graves pertes de rendement. Dans le contexte du réchauffement climatique, les prédictions indiquent une baisse des rendements des cultures de 3.1 à 7.4% pour chaque degré Celsius d’augmentation. L'un des défis urgents de l'agriculture est d'améliorer la résilience des cultures face au stress thermique pour garantir la stabilité des rendements. Les Heat Shock Proteins (HSPs) sont impliquées dans la réponse aux stress multiples. Bien qu'elles aient été découvertes pour la première fois dans le contexte de la réponse au choc thermique, la plupart des réponses aux stress biotiques et abiotiques nécessitent l'action de HSPs pour réguler la réponse au stress et l'acclimatation. L'élucidation des mécanismes moléculaires responsables de la régulation des HSPs est essentielle pour améliorer la tolérance des plantes cultivées aux stress biotiques et abiotiques. Un crible génétique a été réalisé sur Arabidopsis avec une lignée biosenseur mutagénisée à l'éthylméthanesulfonate (EMS) pour identifier des mutants résistants au stress combiné chaleur et haute lumière, ce qui nous a permis de trouver environ 20 mutants résistants. Au cours de ma thèse, j'ai identifié la mutation causale du mutant constitutive stress resistance 1 (csr1) en utilisant une stratégie de clonage positionnel. L'analyse de séquence de CSR1 a montré que le gène appartient à une famille multigénique. D’autres membres du clade de CSR1 semblent aussi jouer un rôle dans la résilience au stress thermique. En utilisant la méthode TILLING (targeting induced local lesions in genomes), j'ai identifié un mutant perte de fonction dans un gène orthologue proche de CSR1 chez la tomate, qui a montré une meilleure thermotolérance. J'ai démontré que le mutant avait une durée de conservation des fruits réduite et qu’il produisait plus de fruits par plante après un stress thermique. Ces données ont été rassemblées dans un article qui est en préparation (Brisou et al., en préparation). En utilisant une approche -omics, j'ai démontré que TRANSPARENT TESTA 2 (TT2) et MYB5, de concert avec d'autres membres du complexe MYB-bHLH-WDR (MBW), TT8 et TRANSPARENT TESTA GLABRA 1 (TTG1), régulent positivement l'expression d’HSFA2 via la liaison du complexe protéique MBW au motif Site II Element (SIIE) dans le promoteur d’HSFA2 (Jacob, Brisou et al., 2021, Genes). L'éthylène joue un rôle majeur dans la résilience aux stress biotiques et abiotiques ainsi que dans la maturation et la conservation des fruits. J'ai caractérisé deux protéines ayant un impact contrasté sur la production d'éthylène dans les tomates, l'ACC oxidase 1 (SlACO1) et SlE8. J'ai pu mettre en lumière que SlACO1 et SlE8 étaient fortement exprimés pendant la maturation des fruits. Pour identifier des allèles perte de fonction, j'ai analysé la diversité génétique de la tomate mais je n'ai trouvé aucune mutation naturelle altérant la fonction de ces protéines. J'ai aussi démontré que les deux loci évoluent sous sélection purifiante. Pour concevoir des allèles hypomorphes, j'ai utilisé la méthode TILLING pour cribler une population de tomate mutagénisée par EMS. J'ai trouvé 13 mutants que nous avons phénotypés pour la résilience au stress thermique, la production d'éthylène, la durée de conservation, la fermeté, la conductivité et la teneur en solides solubles dans les tomates. Je n'ai observé aucun impact significatif sur la résilience au stress thermique. Cependant, les données ont démontré que les allèles slaco1-1 et slaco1-2 pouvaient être utilisés pour améliorer la durée de conservation des fruits, et que les allèles sle8-1 et sle8-2 pouvaient être utilisés pour accélérer la maturation. Cette étude souligne l'importance de SlACO1 et SlE8 dans la production d'éthylène dans les tomates et comment ils pourraient être utilisés pour la conservation des fruits après récolte ou pour accélérer la maturation des fruits (Brisou et al., 2021, J. Exp. Bot).

HEAT SHOCK FACTOR A2 (HSFA2) is a regulator of multiple environmental stress responses required for stress acclimation. We analyzed HSFA2 co-regulated genes and identified 43 genes strongly co-regulated with HSFA2 during multiple stresses. Motif enrichment analysis revealed an over-representation of the site II element (SIIE) in the promoters of these genes. In a yeast 1-hybrid screen with the SIIE, we identified the closely related R2R3-MYB transcription factors TT2 and MYB5. We found overexpression of MYB5 or TT2 rendered plants heat stress tolerant. In contrast, tt2, myb5, and tt2/myb5 loss of function mutants showed heat stress hypersensitivity. Transient expression assays confirmed that MYB5 and TT2 can regulate the HSFA2 promoter together with the other members of the MBW complex, TT8 and TRANSPARENT TESTA GLABRA 1 (TTG1) and that the SIIE was involved in this regulation. Transcriptomic analysis revealed that TT2/MYB5 target promoters were enriched in SIIE. Overall, we report a new function of TT2 and MYB5 in stress resistance and a role in SIIE-mediated HSFA2 regulation.