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Stage:91
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : LRSV, http://www.lrsv.ups-tlse.fr/
Equipe d'accueil : Génomique fonctionnelle de l'Eucalyptus, http://www.lrsv.ups-tlse.fr/?-Genomique-fonctionnelle-de-l-
Encadrant(e)(s) : C. Teulières (Pr, UPS, teulieres@lrsv.ups-tlse.fr) et A. Nassuth (Pr Guelph, Canada, Prof invitée à l’UPS en 2012-13)
1. CONTEXTE ET ENJEUX SCIENTIFIQUES
Dans un contexte de réchauffement climatique, les plantes pérennes sont exposées à des épisodes de gels plus brutaux et intenses sans être préparées par la mise en place complète des processus d’acclimatation. La connaissance des bases physiologiques et génétiques de la tolérance au gel des plantes est essentielle pour l’amélioration génétique de nombreuses espèces des régions tempérées.
Avec près de 20 millions d’hectares de plantation, l’eucalyptus est le feuillu le plus répandu à travers le monde en raison de son fort potentiel de croissance associé à de bonnes qualités papetières. Le Conseil Régional de Midi Pyrénées soutient l’implantation de cette essence dans un contexte de gestion durable afin de garantir l’approvisionnement en ressources pour l’industrie papetière locale. De plus, la culture d’Eucalyptus en taillis à très courte rotation, très adaptée à la filière bois-énergie, donne à cette espèce un débouché très prometteur. Cependant, l’Eucalyptus est une espèce ligneuse à feuilles persistantes et donc particulièrement exposée au froid, ce qui limite son implantation significative dans le sud de la France. Les programmes d’amélioration génétique en cours nécessitent une meilleure compréhension des mécanismes physiologiques de la tolérance au gel des espèces végétales pérennes.
Les travaux de l’équipe d’accueil sur des génotypes sélectionnés ont montré l’importance des CBF (C-repeat Binding Factor) dans la régulation de la réponse au froid de l’Eucalyptus gunnii, espèce tolérante au gel (El Kayal et al, 2006, Navarro et al, 2009). De plus, la surexpression de 2 gènes CBF chez l’Eucalyptus démontre le rôle essentiel de ces gènes dans la tolérance au gel (Navarro et al, 2011). Enfin, la disponibilité du génome d’Eucalyptus grandis (espèce sensible au gel) depuis 2011 nous a permis d’étudier en détail la famille de ces facteurs de transcription, plus nombreux que pour les autres dicotylédones et tous exprimés en réponse au froid (Azar et al, soumis). Il ressort de l’ensemble de ces travaux que les facteurs CBF sont des gènes candidats clefs de la tolérance au froid de l’Eucalyptus, par leur participation à l’acclimatation au froid qui est la stratégie majeure d’adaptation de cette espèce sans dormance et à feuillage persistant. Le génome d’E. gunnii doit être disponible fin 2012, ce qui permettra d’avoir accès à l’ensemble des séquences pour une vision exhaustive de familles de gènes pour les 2 espèces étudiées.
2. PROGRAMME DE RECHERCHE PREVISIONNEL
Les travaux prévus seront menés en comparant l’espèce sensible à la tolérante au gel, avec différents niveaux d’analyse :
• Modélisation 3D du domaine AP2 de liaison à l’ADN : recherche de spécificité structurale en lien avec l’efficacité de transactivation (travaux déjà réalisés sur 4 CBF d’E. gunnii).
• Transactivation: étude in planta des sites préférentiels (cis éléments localisés sur un promoteur synthétique) de fixation du domaine AP2 de 2 CBF par espèce.
• Recherche in silico sur l’ensemble des génomes de l’Eucalyptus de gènes cibles potentiels présentant les éléments cis identifiés par l’étude de la transactivation
• Validation de la corrélation entre l’expression des CBF et des gènes cibles putatifs avec la tolérance par une analyse quantitative d’expression (Fluidigm) sur des plantes exposées au froid et sur des lignées d’Eucalyptus transgéniques surexprimant un CBF.
Les résultats devraient permettre de révéler des différences dues :
- à l’efficacité de liaison et/ou de transactivation des facteurs CBF sur les séquences cibles
- au régulon CBF : abondance des gènes et rôle supposé dans l’acclimatation au froid.
Ces travaux pourront être poursuivis dans le cadre d’une thèse en cotutelle France-Canada.
Références bibliographiques
- Azar S, San Clemente H, Marque G, Dunand C, Mounet F, Marque C and Teulières C. Genome-wide analysis of the AP2/ERF family in Eucalyptus grandis : focus on the regulation of DREB1/CBF and DREB2 genes under abiotic stresses (submitted).
- El Kayal W, Navarro M., Marque G., Keller G, Marque C. and Teulières C.,2006- Expressional analysis of two CBF-like transcriptional factor genes from Eucalyptus in response to cold. Journal of Experimental Botany, 57 (10) 2455-2469.
- Navarro M. and Marque G., Ayax C., Marque C. and Teulières C. 2009-Complementary regulation of four Eucalyptus CBF genes under various cold conditions. Journal of Experimental Botany, 60 (9) 2713-2724
- Navarro M., Ayax C, Martinez Y, Laur J, El Kayal W, Marque C and Teulières C. 2011 Two EguCBF1 genes overexpressed in Eucalyptus display a different impact on stress tolerance and plant development. Plant Biotechnology Journal, 9: 50-63.