Impact of AP2/ERF transcription factors on rice panicle structure evolution
Impact des facteurs de transcription AP2/ERF sur l'évolution de la structure de la panicule du riz
Résumé
Rice is a staple food for more than half of the world's population. The goal of increasing or sustainably maintaining rice production in a context of climate change and decreasing water and arable land availability requires the establishment of high-yield plants in contrasting environments. Rice yield is a complex trait, governed by genetic and epigenetic factors. It is directly dependent on 3 related traits: the number of panicles per plant, the number of grains per panicle and grain weight. During rice domestications in Asia and Africa, grain number was one of the main traits under selection, resulting in a phenotypic convergence between the crop plants that emerged on the two continents in relation to their yield potential. Panicle development in Oryza sativa has been well documented but the evolution of panicle architecture from the wild to the cultivated form remains poorly studied, especially with regard to the underlying molecular regulatory processes. To address this issue, two different transcriptomic resources were developed in the host laboratory. The first involved a comparison between the transcriptomes of different panicle meristem types in O. sativa. The second was a study of gene expression during panicle branch initiation in Asian and African cultivated species (O. sativa and Oryza glaberrima) with respect to their wild relatives (Oryza rufipogon and Oryza barthii, respectively). The two sets of genes thus identified displayed a significant enrichment in AP2/ERF family genes. Eighty four of the 170 AP2/ERF genes reported in O. sativa from the different sub-families (DREB, RAV, AP2 and Soloist) are expressed in the panicle and some are differentially expressed between the different types of meristems or stages of development and/or species. The euANT/PLT group within the AP2 subfamily comprises 4 genes (OsPLT7, OsPLT8, OsPLT9 and AP2/EREBP22) that are of particular interest in the context of the control of panicle development and architectural diversity between wild and cultivated species. A functional analysis of these 4 genes in the same genetic background was initiated by CRISPR-Cas9 approaches in O. sativa cv Kitaake. The results obtained revealed an effect of induced mutations on panicle architecture (number of primary and secondary branches) and/or on the size of the panicle (length of the branches and internodes).
Le riz est un aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale. Une augmentation ou un maintien durable de la production de riz dans un contexte de changement climatique et de diminution des disponibilités en eau et en surface cultivable nécessite l’établissement de variétés au haut rendement sous différentes conditions environnementales. Le rendement en riz est un caractère complexe, se fondant sur des facteurs génétiques et épigénétiques. Il est directement dépendent de 3 caractères liés : le nombre de panicules par plante, le nombre de grains par panicule et le poids en grains. Durant les deux domestications (en Asie et en Afrique), le nombre de grains a été un des caractères principaux sous sélection, illustrant une convergence phénotypique en relation avec le potentiel de rendement. Le développement de la panicule chez Oryza sativa est bien documenté mais l'évolution de l'architecture de la panicule des espèces sauvages vers les espèces cultivées reste peu étudiée et surtout les bases moléculaires associées. Deux transcriptomes ont été développées dans le laboratoire d’accueil. Une 1ère correspond à l’étude comparative des transcriptomes des différents types méristématiques de la panicule chez O. sativa. Le second correspond à l’étude comparative des étapes de branchement de la panicule chez les espèces cultivées asiatique et africaine (O. sativa et Oryza glaberrima) avec les espèces sauvages apparentées (respectivement Oryza rufipogon et Oryza barthii). Parmi ces gènes d’intérêt, un enrichissement en gènes codant des facteurs de transcription de la famille AP2/ERF a pu être mis en évidence. 84 des 170 gènes de la famille AP2/ERF des différentes sous-familles (DREB, RAV, AP2 et Solist) décrits chez O. sativa sont exprimés dans la panicule et certains sont différentiellement exprimés entre les différents types de méristèmes ou stades de développement et/ou d’espèces. Le groupe euANT/PLT de la sous-famille AP2 possède 4 gènes (OsPLT7, OsPLT8, OsPLT9 et AP2/EREBP22) présentant un grand potentiel dans le contrôle du développement de la panicule et la diversité architecturale entre espèces sauvages et cultivées. Une analyse fonctionnelle de ces 4 gènes dans un même fond génétique a été initiée par des approches de CRISPR-Cas9 chez O. sativa cv Kitaake. Les mutations induites ont un impact sur l’architecture (nombre de branches primaires et/secondaires) et/ou la taille de la panicule (longueur des branches et des entre-nœuds) de manière différentielle.
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Sciences agricoles
Origine : Version validée par le jury (STAR)