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UMR 1332 - Biologie du Fruit et Pathologie

UMR 1332 Biologie du Fruit et Pathologie

Equipe Génomique fonctionnelle du développement du fruit

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Présentation et objectifs de recherche

Nous nous intéressons au développement précoce du fruit de tomate pour comprendre la mise en place des caractéristiques de forme, de structure et d’apparence visuelle du fruit charnu, en lien avec l’acquisition de l’ensemble de ses qualités sensorielles. Nos travaux portent essentiellement sur la formation et la spécialisation des tissus du fruit (Morphologie & Structure des tissus du fruit ; Cuticule & Surface du Fruit). Ils reposent principalement sur des approches de génomique fonctionnelle, en particulier sur l’exploitation des ressources génétiques (collection de mutants de tomate) que nous avons générées (Ressources), et s’appuient sur les plateformes (Imagerie, Métabolome) adossées à l’UMR BFP. Dans ce but, nous avons développé des collaborations privilégiées avec d’autres équipes de l’UMR (OrFE, META) ainsi qu’un large réseau de collaborations nationales et internationales.

Axes de Recherches :

Les recherches de l’équipe Génomique Fonctionnelle du développement du fruit sont structurées en trois axes.

1 - Morphologie & Structure des tissus du fruit

Cet axe de recherche vise à identifier de nouveaux gènes contrôlant la croissance du fruit en s’intéressant aux fonctions associées à l’hétérogénéité des tissus du fruit et à la spécialisation des différentes assises cellulaires au sein des tissus. Pour cela nous avons initié des approches sans à priori, initialement via des analyses transcriptomiques (Lemaire et al., 2005 ; Mounet et al., 2009). Plus récemment, nous avons mis en œuvre une approche de génétique directe basée sur l’exploitation de la collection de mutants EMS du groupe qui permet d’identifier par cartographie par séquençage (Garcia et al., 2016) les mutations causales responsables de caractères d’intérêt (cf Axe 3, Ressources).

Nos études s’intéressent à la variabilité induite affectant la croissance/morphologie des tissus du fruit visant à terme l’identification des mutations causales et gènes sous-jacents. Nous avons identifié des mutants altérés dans l’expansion cellulaire des couches internes du péricarpe, mettant en évidence deux mécanismes d’expansion cellulaire affectant (i) la croissance de tous les tissus du fruit par expansion cellulaire isotropique ou (ii) la croissance seule du péricarpe par expansion cellulaire anisotropique (Musseau et al., 2017). Une même approche a été développée pour identifier des mutants de différenciation ou de mûrissement du tissu loculaire.

Nos travaux portent actuellement sur la validation fonctionnelle de plusieurs gènes candidats, impliqués dans la croissance du péricarpe du fruit et dans la différenciation du tissu loculaire. La mise en œuvre d’approches pluridisciplinaires (biologie moléculaire, biologie cellulaire, métabolisme, physiologie) nous permet de comprendre la fonction de ces gènes, et d’analyser les mécanismes cellulaires qui sous-tendent leur l’action. L’intégration de ces fonctions au niveau du tissu et du fruit nous permet d’appréhender la coordination des processus de croissance/différentiation entre les cellules et entre les tissus, pour un effet global à l’échelle du fruit.

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2 - Cuticule & Surface du fruit

Lors de la mise en place précoce du fruit, les cellules vont se différencier, s’organiser en tissus distincts et se spécialiser. Dans ce processus, les cellules épidermiques vont jouer un rôle majeur dans la protection du fruit, en établissant une barrière lipidique complexe, la cuticule, permettant de garantir l’intégrité du fruit. Cette couche externe est responsable d’un grand nombre de propriétés agronomiques du fruit telles que l’aspect de surface, la conservation ou bien la résistance aux pathogènes (Petit et al., 2017). Elle est également remodelée en permanence pour assurer la croissance du fruit tout en maintenant son intégrité.

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Par une approche de génétique directe (clonage positionnel, cartographie par séquençage) centrée sur notre collection de mutants de tomate (cf Axe 3, Ressources), nous avons isolé puis caractérisé des mutants atteints au niveau de gènes clés de la biosynthèse de la cuticule, comme Slcyp86a69 (Shi et al., 2013), Slcus1 (Petit et al., 2014) ou Slgpat6-a (Petit et al., 2016). Les analyses cytologiques, moléculaires et biochimiques menées sur ces mutants nous ont déjà permis de mieux comprendre la mise en place de la cuticule chez le fruit. L’établissement d’un réseau de mutants de cuticule (génération de double et triple mutants) nous permettra d’approfondir notre compréhension de la régulation de la formation de la cuticule et des interactions entre les composés cuticulaires et les autres polymères pariétaux.

L’identification récente d’autres mutations causales affectant l’aspect de surface du fruit nous apporte de plus des pistes nouvelles quant à la régulation, épigénétique notamment, de la différenciation et de la spécialisation cellulaire des assises épidermiques et sous-épidermiques.

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3 - Ressources

Nous avons généré une collection de mutants EMS fortement mutagénéisée chez la variété de tomate miniature Micro-Tom (8500 familles). Une base de données associée, consultable via un site web (accès limité), recense les descriptions phénotypiques du développement végétatif et reproductif de 3500 familles M2 de mutants (12 plantes/famille ; 150 descripteurs ; > 35000 annotations au total) (Just et al., 2013).

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Nous avons dans un premier temps exploité cette collection de mutants en recherchant par TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes) des séries alléliques de mutations dans des gènes d’intérêt (Okabe et al., 2011). Nous avons plus récemment développé l’approche de cartographie par séquençage (Mapping by Sequencing ou MBS), basée sur le séquençage du génome de groupes de plantes issues de populations ségrégant pour une mutation donnée, pour identifier les mutations responsables de traits remarquables (Garcia et al., 2016). Cette stratégie offre l’opportunité unique de (i) découvrir des gènes de fonction peu/pas connue impliqués dans le contrôle de traits d’intérêt chez le fruit et la plante et (ii) identifier des allèles d’intérêt qui pourront ensuite être utilisés dans des programmes d’amélioration de la tomate.