Influence of the ethylene on the grape berry development and related-gene expression - Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Influence of the ethylene on the grape berry development and related-gene expression

Influence de l'éthylène sur le développement des baies de raisin et expression des gènes apparentés

Résumé

Grape is considered as a non climacteric fruit which maturation is independent of the ethylene. However, previous works had shown that the ethylene was capable to affect the physiological processes during maturation of grape berries but many related functions and genes remain to discover. One of the main ethylene effect was the increase of anthocyanin accumulation, the pigments of red grape berries. We chose to work with the cv Cabernet Sauvignon. In the first part of this study, it was showed to be related to the accumulation of the UDP glucose-flavonoid 3-O-glucoslyltransferase (UFGT) that it is a key enzyme in the biosynthesis and stability of anthocyanins. This study has shown that a specific inhibitor of ethylene receptors (1-methylcyclopropene) inhibits ufgt mRNA accumulation in grape berries. A promoter region of ufgt was cloned and found to possess seven putative ethylene-responsive cis-elements. Other cis-elements related to three major signals (light, sugar, and abscisic acid) known to induce anthocyanin accumulation in plant tissues were found in the ufgt promoter. Moreover, this study showed the stimulation of ufgt expression by ethylene signals is not mediated by MybA, key regulators of the ufgt transcription. Experiments were then designed to screen the gene pool affected by ethylene at the inception of grape berry ripening. The results showed that 80 out of 15,135 genes of micro array slides were significantly modulated by a 24 hour ethylene treatment (4 μl.l-1 ), performed 8 weeks after flowering. Some of these 80 genes were also showed to be rapidly induced by ethylene in a preliminary experiment (one hour ethylene treatment). In the last part of this work, the study focused on the variation of accumulation of several mRNAs affected by ethylene at the inception of ripening. In particular in relation to the berry size, that it is one of the important characters in the grape production. Its increase over the ripening phase is mainly due to water intake and modifications of cell wall, enabling cell elongation. We observed that the ethylene application at véraison led to an increase of the berry size. This was related to changes in the expression pattern of many genes, classified two groups: i) “water circulation” genes: various aquaporins (AQUA), and ii) “cell wall structure” genes: polygalactoronases (PG), xyloglucan endotransglycosylases (XET), pectin methylesterase (PME), cellulose synthase (CS) and expansins (EX). The expression patterns were followed either along berry development, or in three berry tissues (peel, pulp and seeds). The ethylene stimulates the accumulation of most of these gene transcripts in one hour; an in several parts of the berry, this stimulation may last for 24 hours in some cases. This thesis work brings more clues about the involvement of ethylene in the development and maturation of grape berries.
Le raisin est considéré comme un fruit non climactérique dont la maturation ne nécessite pas l’utilisation de l'éthylène. Cependant, les travaux antérieurs ont montré que l'éthylène était capable d'influencer les processus physiologiques pendant maturation de baies du raisin mais d’autres fonctions apparentées et d’autres gènes restent encore à découvrir. Un des effets de l'éthylène est principalement l ‘augmentation d’accumulation des anthocyanes, les pigments de baies du raisin rouges. Nous avons choisi de travailler avec le cépage Cabernet Sauvignon. Dans la première partie de cette étude, il est confirmé que cette accumulation est en relation avec une accumulation de l’UDP glucose-flavonoid 3-O-glucoslyltransferase (UFGT), l’enzyme clé dans la biosynthèse et dans la stabilité d'anthocyanins. Cette étude a montré qu'un inhibiteur spécifique de récepteurs de l'éthylène (1-methylcyclopropene) inhibe l'accumulation du mRNA de l'ufgt dans les baies du raisin. Une région du promoteur de l’'ufgt a été clonée et il a été trouvé sept cis -éléments éthylène-dépendants. D’autres cis-éléments apparentés à trois signaux majeurs (lumière, sucre, et acide absicique) connus pour stimuler l'accumulation des anthocyanes chez les plantes, ont été trouvés dans le promoteur de l’ufgt. De plus, cette étude a montré la stimulation d'expression de l'ufgt par l’éthylène n'est pas dépendant de MybA, des régulateurs clé de la transcription de l'ufgt. Des expériences ont alors été conçues alors pour étudier l’ensemble des gènes affecté par éthylène au commencement de la maturation de la baie de raisin. Les résultats ont montré que seuls 80 des 15,135 gènes des lames de microarray ont été significativement modulés par un traitement de 24 heures par l'éthylène (4 μl.l -1 ), 8 semaines après avoir fleuri. Parmi ces 80 gènes, quelques uns ont aussi montré une induction rapide dans une expérience préliminaire avec traitement à l'éthylène d'une heure seulement. Dans la dernière partie de ce travail, l'étude s'est concentrée sur la variation d'accumulation de plusieurs mRNAs affectée par l’éthylène au début de la maturation. En particulier par rapport au diamètre de la baie, qui un des caractères importants dans la production du raisin. Son augmentation pendant la phase de la maturation est principalement due à l’import de sève élaborée et à des modifications de la paroi des cellules, ce qui permet un allongement cellulaire. Nous avons observé que l'application de l'éthylène à la véraison a entraîné une augmentation de la dimension des baies. Cela était corrélé avec les changements dans l'expression de plusieurs gènes, classés deux groupes: i) gènes de « circulation de l‘eau »: plusieurs aquaporines (AQUA), et ii) gènes de structure de la "paroi cellulaire": polygalactoronases (PG), xyloglucan endotransglycosylases (XET), pectine methylesterase (PME), cellulose synthase (CS) et expansines (EX). Leurs profils d'expression ont été suivis au cours du développement de la baie, ou dans trois tissus de la baie (pellicule, pulpe et pépin) au début de la véraison. L'éthylène stimule l'accumulation de la plupart de leurs transcrits en une heure, voire 24 heures. Ce travail de doctorat apporte de nouveaux éléments au sujet de la participation d'éthylène dans le développement et de la maturation de baies du raisin.
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  • HAL Id : tel-04529577 , version 1

Citer

Arak Tira-Umphon. Influence of the ethylene on the grape berry development and related-gene expression. Vegetal Biology. Institut National Polytechnique (Toulouse), 2008. English. ⟨NNT : 2008INPT002A⟩. ⟨tel-04529577⟩
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