Sujets IJPB de Master 2

Deux sujets dans l'équipe

> Régulation transcriptionnelle de la biosynthèse de subérine et son importance dans la physiologie des semences

Responsable : Sébastien Baud, contact

La qualité des graines, utilisées à des fins alimentaires, comme matière première pour les industries, et comme vecteurs de propagation pour l'agriculture et la préservation de la biodiversité, dépend à la fois de leur contenu et de leur vigueur germinative. Chez les espèces oléagineuses, l'enveloppe de la graine affecte directement ces deux aspects en participant à la nutrition de l'embryon tout en assurant sa protection contre les contraintes abiotiques telles que la chaleur. Certaines assises tégumentaires produisent un polyester lipidique, la subérine, qui est déposé à la surface des cellules et dont les propriétés biophysiques sont particulièrement bien adaptées aux différentes fonctions attribuées au tégument de la graine. Des données préliminaires suggèrent que la subérine pourrait jouer un rôle plus important dans la physiologie des graines lorsque celles-ci sont exposées à des périodes de forte chaleur au cours de leur développement et/ou de leur stockage.
Chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana, un groupe de facteurs de transcription MYB étroitement apparentés régule la voie de biosynthèse de la subérine dans les différents types de cellules qui produisent ce polymère. Parmi ces MYB, MYB9 et MYB107 activent la production de subérine dans le tégument de la graine au cours de son développement. Il a été démontré que des mutations dans les gènes codant pour ces facteurs de transcription affectent le dépôt de subérine, la perméabilité du tégument et la dormance des graines. Cependant, nous ne savons pas comment les perturbations du dépôt de subérine affectent le développement des graines et la vigueur de la germination, en particulier en réponse à des stress abiotiques (e.g. température élevée). Le projet vise à caractériser en détail le réseau de gènes directement activés par MYB9 et MYB107 et à étudier les effets de la modification du dépôt de subérine sur la physiologie des graines au cours du développement, du stockage et de la germination.

Références
> To et al. AtMYB92 enhances fatty acid synthesis and suberin deposition in leaves of Nicotiana benthamiana. The Plant Journal (2020) 103, 660-676. DOI: 10.1111/tpj.14759
> Lashbrooke et al. MYB107 and MYB9 homologs regulate suberin deposition in Angiosperms. The Plant Cell (2016) 28, 2097-2116. DOI: 10.1105/tpc.16.00490
> Kazaz et al. Differential activation of partially redundant Δ9 stearoyl-ACP desaturase genes is critical for omega-9 monounsaturated fatty acid biosynthesis during seed development in Arabidopsis. The Plant Cell (2020) 32, 3613-3637. DOI: 10.1105/tpc.20.00554
> Troncoso-Ponce et al. Transcriptional activation of two delta-9 palmitoyl-ACP desaturase genes by MYB115 and MYB118 is critical for biosynthesis of omega-7 monounsaturated fatty acids in the endosperm of Arabidopsis seeds. The Plant Cell (2016) 28, 2666-2682. DOI: 10.1105/tpc.16.00612
> Barthole et al. MYB118 represses endosperm maturation in seeds of Arabidopsis. The Plant Cell (2014) 26, 3519-3537. DOI: 10.1105/tpc.114.130021

> Analyses biochimiques et multi-omiques pour caractériser le réseau contrôlant les modifications des glucosinolates dans la réponse des graines aux températures élevées

Responsable : Massimiliano Corso, contact
Co-responsable : Léa Barreda, contact

Les plantes produisent des milliers de métabolites spécialisés (SMs), qui jouent un rôle important dans l’interaction des plantes avec leur environnement (Barreda et al., 2024b; Corso et al., 2020). Parmi ces métabolites, les glucosinolates (GSL) sont massivement et spécifiquement accumulés dans les graines des Brassicacées, y compris chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana (Barreda et al., 2024a, 2024b). Les GSL jouent un rôle bien connu dans
la réponse des plantes aux stress biotiques et affectent la qualité agronomique des graines. Ces composés sont également accumulés dans les plantes et les graines soumises à des stress abiotiques tels que les températures élevées (Barreda et al., 2024b). Néanmoins, leur rôle et leur régulation en réponse à ces stress ne sont pas connus.
Notre équipe a récemment documenté une forte induction environnementale de nombreux SMs, y compris les GLS, dans les graines (Alberghini et al., 2022; Boutet et al., 2022). De plus, nos données métabolomiques et transcriptomiques ont révélé que des températures élevées appliquées aux plantes d'A. thaliana pendant la période de fructification induisaient une forte accumulation de GSL modifiés (benzoylés et sinapoylés) dans les graines,
concomitante à l’induction de gènes impliqués dans leur biosynthèse (non publié). Nous avons également mis en évidence des altérations de la composition métabolique et de la qualité physiologique des graines de trois mutants knockout d'A. thaliana pour des gènes impliqués dans l'accumulation et les modifications des GSL, lorsque ces mutants sont soumis à des températures élevées.
Le stage proposé se focalisera sur ces trois gènes (et les enzymes correspondantes) impliqués dans la régulation des GSL. Une caractérisation détaillée du rôle de ces gènes dans le contrôle des GSL dans les graines et de l'activité des enzymes correspondantes est cruciale pour identifier de nouveaux SMs et caractériser les mécanismes associés contrôlant la composition des graines en réponse au stress thermique. Dans ce contexte, l'étudiant.e participera à la caractérisation de ces mutants et des activités enzymatiques des enzymes correspondantes. Il/elle sera impliqué.e
dans les activités suivantes :
1\ Analyses des données multi-omiques pour identifier de nouveaux candidats impliqués dans l'accumulation et/ou
la régulation des GSL dans les graines
2\ Caractérisation des activités enzymatiques correspondant aux trois gènes étudiés (substrats et produits de réaction supposés) 
3\ Complémentation de mutants knockout et production de lignées surexprimant ces gènes.

Références
> Alberghini, B., Zanetti, F., Corso, M., Boutet, S., Lepiniec, L., Vecchi, A., Monti, A., 2022. Camelina [ Camelina sativa ( L .) Crantz ] seeds as a multi-purpose feedstock for bio-based applications. Ind. Crop. Prod. 182, 114944. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114944
> Barreda, L., Brosse, C., Boutet, S., Klewko, N., Vos, D. De, Francois, T., Collet, B., Grain, D., Boulard, C., Bernay, B., Perreau, F., Lepiniec, L., Rajjou, L., Corso, M., 2024a. Multi-omic analyses unveil temporal and spatial distribution of specialized metabolites in seeds of Camelina sativa. bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2024.05.31.596893
> Barreda, L., Brosse, C., Boutet, S., Perreau, F., Rajjou, L., Lepiniec, L., Corso, M., 2024b. Specialized metabolite modifications in Brassicaceae seeds and plants: diversity, functions and related enzymes. Nat. Prod. Rep. 41, 834–859. https://doi.org/10.1039/d3np00043e
> Boutet, S., Barreda, L., Perreau, F., Totozafy, J.-C., Mauve, C., Gakière, B., Delannoy, E., Martin-Magniette, M.-L., Monti, A., Lepiniec, L., Zanetti, F., Corso, M., 2022. Untargeted metabolomic analyses reveal the diversity and plasticity of the specialized metabolome in seeds of different Camelina sativa genotypes. Plant J. 110, 147–165. https://doi.org/10.1111/tpj.15662
> Corso, M., Perreau, F., Mouille, G., Lepiniec, L., 2020. Specialized Phenolic compounds in seeds: structures, functions, and regulations. Plant Sci. 296, 110471. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2020.110471


Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal.