Isolement et caractérisation des gènes ACS et ACO impliqués dans la biosynthèse de l'éthylène chez Hevea brasiliensis

Kuswanhadi. 2006. Isolement et caractérisation des gènes ACS et ACO impliqués dans la biosynthèse de l'éthylène chez Hevea brasiliensis. Montpellier : UM2, 166 p. Thèse de doctorat : Amélioration des plantes : Université Montpellier 2

Titre anglais : Isolating and characterisation of genes encoding ACC synthase and ACC oxidase involved in ethylene biosynthesis in Hevea brasiliensis

Encadrement : Tregear, James

Résumé : L'éthylène joue un rôle majeur dans la stimulation de la production du caoutchouc naturel chez Hevea brasiliensis. La biosynthèse de l'éthylène est catalysée par l'ACC synthase et l'ACC oxydase chez les plantes. Ces enzymes sont codées par des familles multigéniques chez beaucoup d'espèces végétales. Leurs expressions sont régulées par des signaux développementaux, en réponse à des facteurs environnementaux, des régulateurs de croissance, l'attaque d'agents pathogènes ou la blessure. L'application d'éthéphon, un générateur d'éthylène, sur le panneau de saignée de l'hévéa est pratiquée depuis longtemps pour prolonger l'écoulement et activer la régénération du latex entre deux saignées. Dans certains cas, cette activation, si trop intensive, peut conduire à l'arrêt de l'écoulement par coagulation intra-laticifère des particules de caoutchouc: c'est l'encoche sèche. Ainsi, le rôle de l'éthylène exogène et de la blessure sur la production d'éthylène endogène a été étudié afin de mieux comprendre la régulation de tels phénomènes. Trois gènes codant une ACC oxydase (HbACO1; HbACO2; HbACO3) et une codant une ACC synthase (HbACS1) ont été identifiés et caractérisés chez Hevea brasiliensis. Les séquences d'ADNc HbACOs ont respectivement une taille de 1115, 1183 et 1348 pb, avec une phase ouverte de lecture (ORF) codant pour des polypeptides de 312, 318 et 318 acides aminés. Les structures des deux séquences génomiques HbACO1 et HbACO2 caractérisées sont différentes. En effet, HbACO1 comportent 3 introns et 4 exons alors que HbACO2 possèdent 2 introns et 3 exons. La région génomique du troisième membre HbACO3 n'est pas entièrement isolée. En ce qui concerne HbACS1, le clone ADNc pleine longueur est de 1932 pb avec une ORF codant un polypeptide de 480 acides aminés; le gène correspondant est d'une taille de 2928 pb avec une structure à 3 introns et 4 exons. Tous les gènes HbACO sont exprimés à tous les stades de développement étudiés, du jeune plant à l'arbre exploité, et même dans les cals cultivés in vitro mais avec des profils très différents. Le gène HbACO1 est exprimé à un niveau de base plus élevé que les autres gènes. Son expression décroît après traitement à l'éthylène ou à la blessure à la fois dans les feuilles et les écorces. Les gènes HbACO2 et HbACO3 sont au contraire sur-exprimés transitoirement en réponse au même traitement. Pour HbACS1, l'expression est induite à la fois par l'éthylène et la blessure. Un pré-traitement au 1-méthylcyclopropène (1-MCP), un inhibiteur de l'action de l'éthylène, abolit la sur-expression des gènes HbACS1 et HbACO2 induite par l'éthylène. Cela tend à démontrer que ces gènes sont sous une régulation positive de l'éthylène. En conclusion, les résultats obtenus permettent de proposer que le gène HbACO1 est impliqué dans la production d'un niveau de base d'éthylène et régulé négativement par des signaux environnementaux, tandis que les gènes HbACS1, HbACO2 et HbACO3 ne sont exprimés qu'en réponse aux facteurs externes. Un modèle de travail présentant le rôle potentiel de ces gènes sur la régulation de la biosynthèse d'éthylène et la régénération du latex est présenté.

Résumé (autre langue) : Ethylene is a major stimulating factor of natural rubber production in Hevea brasiliensis. Ethylene biosynthesis in higher plants is catalyzed by ACC synthase and ACC oxidase. These enzymes are encoded by small multi family genes in many species and their expression is tightly controlled by developmental cues and in response to external environmental factors, growth substance treatments, pathogen attack and wounding. The application of ethephon, an ethylene releaser, onto the tapping panel of rubber tree is practised to enhance latex flow and its regeneration between two tappings. In some cases, this activation can stop the latex flow by favouring rubber particle coagulation: this is a phenomenon known as tapping panel dryness. In order to improve our understanding of this problem, the effect of exogenous ethylene and wounding on endogenous ethylene biosynthesis was investigated. In this study, 3 full length of cDNA encoding ACC oxidases in Hevea brasilensis, (HbACO1, HbACO2, HbACO3), and one full length of cDNA encoding an ACC synthase, HbACSI were isolated. The HbACOs are respectively 1115, 1183 and 1348 bp, with open reading frames (ORF) encoding polypeptides of 312, 318 and 318 amino acids respectively. The genomic structure of HbACO1 was different from HbACO2. HbACO1 consists of 1456 bp has three introns and four exons, while HbACO2 (1418 bp) has two introns and three exons. The genomic structure of HbACO3 has yet to be characterised. The 1932 bp HbACSI cDNA contains an ORF encoding a polypeptide of 480 amino acids. HbACSI consists of three introns and four exons. All of the HbACO genes were expressed at all stages of development in the plant, from the callus to the exploited plant, but with different expression profiles. It appears that HbACO1 is expressed at higher level than the other genes, and decreases its expression following ethylene treatment and upon wounding in both the leaf and bark. HbACO2 and HbACO3 were transiently induced in response to ethylene treatment and wounding. Treatment with 1-MCP, an ethylene action inhibitor, abolished the ethylene induction of HbACO2 expression, showing that this gene was under positive feedback regulation. The expression of HbACSI was also induced by ethylene treatment and wounding, again with an antagonist effect of 1-MCP. In conclusion, HbACO1 is apparently expressed for basal levels of ethylene biosynthesis and might be regulated by developmental cues, while HbACO2 and HbACO3 appear to be expressed in response to extemal factors. HbACSJ is also induced by extemal factors. A working model for the possible roles of these genes in relation to endogenous ethylene biosynthesis and latex synthesis is presented.

Mots-clés Agrovoc : Hevea brasiliensis, gène, biosynthèse, éthylène, oxydoréductase, ligase, identification, expression des gènes, séquence nucléotidique, écorce, caoutchouc, feuille

Mots-clés complémentaires : ACC synthétase, ACC oxydase

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes
F60 - Physiologie et biochimie végétale

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2005-2013) - Intensification écologique

Auteurs et affiliations

• Kuswanhadi, UM2 (FRA)

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/537232/)

Métriques

[ Page générée et mise en cache le 2024-01-28 ]