Hairy Canola (Brasssica napus) re-visited: Down-regulating TTG1 in an AtGL3-enhanced hairy leaf background improves growth, leaf trichome coverage, and metabolite gene expression diversity/

Alahakoon, U.I., Taheri, A., Nayidu, N.K., Nayidu, N., Epp, D.J., Yu, M., Parkin, I.A.P., Hegedus, D.D., Bonham-Smith, P.C., et Gruber, M.Y. (2016). « Hairy Canola (Brasssica napus) re-visited: Down-regulating TTG1 in an AtGL3-enhanced hairy leaf background improves growth, leaf trichome coverage, and metabolite gene expression diversity/ », BMC Plant Biology, 16(1: Article number 12), p. 1-25. doi : 10.1186/s12870-015-0680-5  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Contexte : Au cours de leur évolution, certains végétaux ont développé une résistance naturelle aux insectes grâce aux poils (trichomes) qu’ils portent sur les feuilles et d’autres tissus. La pubescence est un caractère négligé par les programmes de sélection chez le genre Brassica, ces programmes se concentrant avant tout sur la résistance aux maladies, le rendement et la productivité générale des cultures. Chez le genre Arabidopsis, un réseau de trois classes de protéines constitué de TTG1 (une protéine à répétitions WD40), de GL3 (un facteur bHLH) et de GL1 (un facteur de transcription MYB) active l’initiation et la structuration des trichomes. L’introduction du gène de régulation des trichomes AtGL3 de l’Arabidopsis dans des Brassica napus semi‐glabres a donné des plantes de canola pubescentes tolérantes aux altises et à la fausse‐teigne des crucifères, mais a nui à la croissance des plantes. En outre, le rôle de la transcription du gène BnTTG1 dans le nouveau germoplasme n’a pas été compris. Résultats : Dans cet article, nous montrons que deux lignées ultrapubescentes (K‐5‐8 et K‐6‐3) du B. napus AtGL3+ pubescent dans lesquelles le gène BnTTG1 avait été inactivé ont présenté un accroissement stable de la couverture, de la densité et de la longueur des trichomes, ainsi qu’un rétablissement de la croissance du type sauvage semblable à la croissance du cultivar semi‐glabre Westar. Par contre, la surexpression du gène BnTTG1 du B. napus AtGL3+ pubescent produisait systématiquement des individus glabres très peu féconds et peu stables, un seul individu glabre (O‐3‐7) ayant survécu jusqu’à la génération T3. Les données de PCR quantitative sur l’expression des gènes liés aux trichomes dans des échantillons de feuilles à différents stades de développement dans ces lignées portent à croire que le gène BnGL2 détermine la longueur et la croissance des trichomes du B. napus et qu’une forte transcription du gène BnTTG1 combinée avec une forte expression du gène GL3 inhibe ce processus. Dans cette expérience de PCR quantitative, la faible expression du gène BnTRY dans les feuilles glabres et dans les feuilles portant des trichomes du B. napus porte à croire que le gène TRY pourrait avoir des fonctions autres que l’inhibition de l’initiation des trichomes chez les Brassica. Nous proposons également que le gène BnTTG1 joue un rôle dans l’inhibition latérale de la formation de trichomes dans les cellules voisines chez le B. napus. Le séquençage de l’ARN dans les premières feuilles a montré que beaucoup plus de gènes présentaient des profils d’expression modifiés chez la lignée K‐5‐8 que chez le B. napus AtGL3+ pubescent (par rapport au cultivar témoin Westar). Ces gènes comprenaient non seulement des gènes codant des facteurs de transcription et des gènes participant à la dégradation et à la modification de protéines, mais aussi des gènes intervenant dans les voies de synthèse des anthocyanines, des flavonols, des terpènes, des glucosinolates, des alcaloïdes, des shikimates et de la paroi cellulaire, ainsi que des gènes codant des hormones. Nous avons mené une seconde expérience de PCR quantitative sur des gènes liés à l’oxydoréduction, aux glucides de la paroi cellulaire, à la lignine et aux trichomes dans de jeunes premières feuilles, y compris chez des individus T4 O-3-7‐5 qui présentaient deux phénotypes de croissance et de trichomes en raison d’une réversion partielle. La plupart des gènes liés aux trichomes que nous avons analysés correspondaient aux phénotypes des trichomes sur les feuilles et aux données de séquençage de l’ARN chez trois des lignées. Deux gènes liés à l’oxydoréduction ont présenté la plus forte expression dans les feuilles chez la lignée K-5-8 et la plus faible chez O-3-7-5, tandis qu’un gène lié à l’oxydoréduction et trois gènes liés à la paroi cellulaire étaient toujours davantage exprimés dans les deux lignées peu robustes que dans les deux lignées robustes. Conclusion : Nos données mettent en évidence l’effet important de l’inactivation du gène BnTTG1 (en présence d’une forte expression du gène AtGL3) pour rétablir la croissance et accroître non seulement la couverture et la longueur des trichomes, mais aussi l’expression et la diversité de gènes antioxydants ou liés à la croissance et au métabolisme qui sont importants pour la tolérance au stress et la santé du B. napus. Nos données portent à croire que la combinaison d’une forte expression (régulation à la hausse) du gène BnTTG1 et d’une forte expression du gène AtGL3 est instable et létale.

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