Rôle de la protéine ScFRK1 dans le développement du sac embryonnaire et son impact sur le guidage des tubes polliniques

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux.

Caractérisation d'une famille de récepteurs kinases impliqués dans le développement gamétophytique chez Arabidopsis thaliana

Au cours du développement des végétaux, de l’établissement de l’identité cellulaire des premiers organes au guidage du tube pollinique, la communication cellule à cellule est d’une importance capitale. En réponse, les voies de signalisation moléculaires sont élaborées pour la perception d’un signal extérieur et la transduction en une réponse génique via une cascade intracellulaire. Les récepteurs kinases font partie des protéines perceptrices des stimuli et constituent chez les plantes une catégorie de protéines avec une occurrence considérable, mais dont très peu d’informations détaillées sont disponibles à ce jour. Une famille de récepteurs kinases chez Arabidopsis thaliana, AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11), a été identifiée par orthologie à un récepteur spécifique aux ovaires chez une solanacéee sauvage, Solanum chacoense. La fonction présumée de cette famille de récepteurs kinases de type leucine-rich repeat, suggérée par son patron d’expression, implique les événements relatifs au développement des gamétophytes et à la reproduction. Afin de caractériser la fonction des quatre gènes de la famille (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c et AtORK11d) une stratégie d’analyse de mutants d’insertion de l’ADN-T et d’évaluation du mode d’action par complémentation bimoléculaire par fluorescence (BiFC) a été entreprise. Aucune fonction précise n’a pu être attribuée aux doubles mutants d’insertion, par contre la surexpression d’une construction dominante négative indique un rôle dans le développement gamétophytique. Il a aussi été démontré que les quatre récepteurs peuvent interagir par homodimérisation aussi bien que par hétérodimérisation. Une hypothèse de redondance fonctionnelle est ainsi mise à jour parmi la famille des gènes AtORK11.

La régulation génique chez Solanum chacoense : de la pollinisation jusqu’à l’embryogenèse

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. Ainsi, la compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine représente un intérêt agronomique majeur. Toutefois, l'analyse des premiers stades de développement est souvent difficile parce que l'embryon est petit et intégré à l'intérieur du tissu maternel. Solanum chacoense qui présente des fleurs relativement grande facilitant l’isolation des ovules, a été utilisée pour l’étude de la biologie de la reproduction plus précisément la formation des gamètes femelles, la pollinisation, la fécondation et le développement des embryons. Afin d'analyser le programme transcriptionnel induit au cours de la structuration de ces étapes de la reproduction sexuée, nous avons mis à profit un projet de séquençage de 7741 ESTs (6700 unigènes) exprimés dans l’ovule à différents stades du développement embryonnaire. L’ADN de ces ESTs a été utilisé pour la fabrication de biopuces d’ADN. Dans un premier temps, ces biopuces ont été utilisé pour comparer des ADNc issus des ovules de chaque stade de développement embryonnaire (depuis le zygote jusqu’au embryon mature) versus un ovule non fécondé. Trois profils d’expression correspondant au stade précoce, intermédiaire et tardive ont été trouvés. Une analyse plus approfondie entre chaque point étudié (de 0 à 22 jours après pollinisation), a permis d'identifier des gènes spécifiques caractérisant des phases de transition spécifiques. Les annotations Fonctionnelles des gènes differentiellement exprimés nous ont permis d'identifier les principales fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement, révélant que les embryons sont engagés dans des actifs processus de différenciation. Ces biopuces d’ADN ont été par la suite utilisé pour comparer différent types de pollinisation (compatible, incompatible, semi-compatible et inter-espèce) afin d’identifier les gènes répondants à plusieurs stimuli avant l'arrivé du tube pollinique aux ovules (activation à distance). Nous avons pu démontrer que le signal perçu par l’ovaire était différent et dépend de plusieurs facteurs, incluant le type de pollen et la distance parcourue par le pollen dans le style. Une autre analyse permettant la comparaison des différentes pollinisations et la blessure du style nous a permis d’identifier que les programmes génétiques de la pollinisation chevauchent en partie avec ceux du stress. Cela était confirmé en traitant les fleurs par une hormone de stress, méthyle jasmonate. Dans le dernier chapitre, nous avons utilisé ces biopuces pour étudier le changement transcriptionnel d’un mutant sur exprimant une protéine kinase FRK2 impliqué dans l’identité des ovules. Nous avons pu sélectionner plusieurs gènes candidat touchés par la surexpression de cette kinase pour mieux comprendre la voie se signalisation. Ces biopuces ont ainsi servi à déterminer la variation au niveau transcriptionnelle des gènes impliqués lors de différents stades de la reproduction sexuée chez les plantes et nous a permis de mieux comprendre ces étapes.

Destinée des S-RNases dans les tubes polliniques lors des croisements compatibles et incompatibles

L’auto-incompatibilité (AI) est la capacité génétiquement déterminée d’une plante fertile de rejeter son propre pollen. Chez les Solanacées l’AI dépend des éléments d’un locus fort complexe (locus S) multigénique. L’élément du locus-S exprimé dans le pistil est une ribonucléase (S-RNase) dont le rôle est de dégrader l’ARN chez le pollen self, tandis que l’élément du locus S exprimé dans le pollen est un ensemble de protéines du type F-box, qui sont normalement impliquées dans la dégradation des protéines. Cependant, comment les S-RNases self restent actives lors des croisements incompatibles et comment les S-RNases non-self sont inactivées lors des croisements compatibles ce n’est encore pas clair. Un modèle propose que les S-RNases non-self soient dégradées lors des croisements compatibles. Un autre modèle propose que toutes les S-RNases, self et non-self, soient d'abord séquestrées à l’intérieur d’une vacuole, et elles y resteraient lors des croisements compatibles. Lors de croisements incompatibles, par contre, elles seraient relâchées dans le cytoplasme, où elles pourront exercer leur action cytotoxique. Notre étude tente de répondre à ces questions. Notamment, nous cherchons à mettre en évidence la localisation vacuolaire et/ou cytoplasmique des S-RNases et leur concentration par immunolocalisation, en utilisant un anticorps ciblant la S11-RNase de Solanum chacoense et la microcopie électronique à transmission. Nos résultats montrent que la densité de marquage observée pour les S-RNases cytoplasmiques est significativement plus haute dans les tubes incompatibles que dans ceux compatibles ce qui nous indique que pour qu’un tube pollinique soit compatible il doit contenir une faible densité de S-RNase cytoplasmique.

Bud development, flowering and fruit set of Moringa oleifera Lam. (Horseradish Tree) as affected by various irrigation levels

Moringa oleifera is becoming increasingly popular as an industrial crop due to its multitude of useful attributes as water purifier, nutritional supplement and biofuel feedstock. Given its tolerance to sub-optimal growing conditions, most of the current and anticipated cultivation areas are in medium to low rainfall areas. This study aimed to assess the effect of various irrigation levels on floral initiation, flowering and fruit set. Three treatments namely, a 900 mm (900IT), 600 mm (600IT) and 300 mm (300IT) per annum irrigation treatment were administered through drip irrigation, simulating three total annual rainfall amounts. Individual inflorescences from each treatment were tagged during floral initiation and monitored throughout until fruit set. Flower bud initiation was highest at the 300IT and lowest at the 900IT for two consecutive growing seasons. Fruit set on the other hand, decreased with the decrease in irrigation treatment. Floral abortion, reduced pollen viability as well as moisture stress in the style were contributing factors to the reduction in fruiting/yield observed at the 300IT. Moderate water stress prior to floral initiation could stimulate flower initiation, however, this should be followed by sufficient irrigation to ensure good pollination, fruit set and yield.

Unilateral incompatibility in Capsicum (Solanaceae): Occurrence and taxonomic distribution

Background and aims Unilateral incompatibility (UI) occurs when pollinations between species are successful in one direction but not in the other. Self-incompatible (SI) species frequently show UI with genetically related, self-compatible (SC) species, as pollen of SI species is compatible on the SC pistil, but not vice versa. Many examples of unilateral incompatibility, and all those which have been studied most intensively, are found in the Solanaceae, particularly Lycopersicon, Solanum, Nicotiana and Petunia. The genus Capsicum is evolutionarily somewhat distant from Lycopersicon and Solanum and even further removed from Nicotiana and Petunia. Unilateral incompatibility has also been reported in Capsicum; however, this is the first comprehensive study of crosses between all readily available species in the genus. Methods All readily available (wild and domesticated) species in the genus are used as plant material, including the three genera from the Capsicum pubescens complex plus eight other species. Pollinations were made on pot-grown plants in a glasshouse. The number of pistils pollinated per cross varied (from five to 40 pistils per plant), depending on the numbers of flowers available. Pistils were collected 24 h after pollination and fixed for 3-24 h. After staining, pistils were mounted in a drop of stain, squashed gently under a cover slip and examined microscopically under ultra-violet light for pollen tube growth. Key results Unilateral incompatibility is confirmed in the C. pubescens complex. Its direction conforms to that predominant in the Solanaceae and other families, i.e. pistils of self-incompatible species, or self-compatible taxa closely related to self-incompatible species, inhibit pollen tubes of self-compatible species. Conclusions Unilateral incompatibility in Capsicum does not seem to have arisen to prevent introgression of self-compatibility into self-incompatible taxa, but as a by-product of divergence of the C. pubescens complex from the remainder of the genus. (C) 2004 Annals of Botany Company.

Influência do momento de coleta sobre a viabilidade de grão de pólen em maracacujá - doce (Passiflora alata Curtis)

O objetivo deste trabalho foi verificar o melhor momento para a coleta do grão de pólen de Passiflora alata, com relação à sua maior viabilidade. Foram coletados 35 botões florais, 7 de cada horário de coleta (8h 40, um dia antes da antese, 8h 40, 10h 45 e 16h, no dia da antese e 8h 40, um dia após a antese). Os testes foram feitos por coloração e germinação in vitro. utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado, com 5 tratamentos e 7 repetições, e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. O teste de viabilidade por coloração variou de 69,64 (no dia da antese, 16 horas) a 75,91% (um dia antes da antese). A porcentagem de germinação variou de 49,18 (24 horas após a antese) a 62,65% (no dia da antese, 10h 45). O melhor momento de coleta do pólen, com relação à melhor viabilidade e germinação, é 10h 45, no dia da antese.

Reproductive biology of Abolboda pulchella and A. poarchon (Xyridaceae: Poales)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Contributions to the floral anatomy of Juncaceae (Poales - Monocotyledons)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effects of self-, chase and mixed self/cross-pollinations on pistil longevity and fruit set in Ceiba species (Bombacaceae) with late-acting self-incompatibility

Background and aims Late-acting self-incompatibility (LSI). in which selfed flowers fail to form fruits despite apparently successful growth of the pollen tubes to the ovules, is a contentious and still poorly understood phenomenon. Some studies have indicated pollen tube-pistil interactions, and major gene control. Others favour an early acting inbreeding depression explanation.Methods Experimental pollinations, including selfs (in a subsample of which the style was cut before pollen tubes reached the ovary), chase self/cross-pollinations, crosses, and mixed self/cross-pollinations were used to study floral/pistil longevity and effect on fruit set and seed yield in two Ceiba species known to have LSI.Results Self-pollinations, including those with a cut style, had extended floral longevity compared with unpollinated flowers. Chase pollinations in which cross-pollen was applied up to 3 h after selfing set fruits, but with reduced seed set compared with crosses. Those with cross-pollen applied at 4 and 8 h after self-pollination all failed to set fruits. Flowers subjected to 1 : 1 and 2 : 1 self/cross-pollinations all produced fruits but again with a significantly lower seed set compared with crosses.Conclusions Extended floral longevity initiated with self-pollen tubes growing in the style indicates some kind of pollen tube-pistil interaction. Fruit set only in chase pollinations up to 3 h implies that self-pollen tubes either grow more slowly in the style or penetrate ovules more slowly on arrival at the ovary compared with cross-tubes. This agrees with previous observations indicating that the incidence of penetrated ovules is initially lower in selfed compared with crossed pistils. However, the low seed yield from mixed pollinations indicates that self- and cross-pollen tubes arrive at the ovary and penetrate ovules more or less simultaneously. Possible explanations for these discordant results are discussed. (C) 2004 Annals of Botany Company.

Homomorphic self-incompatibility, with stylar rejection site, in Luehea grandiflora Mart. and Zucc. (Tiliaceae-Malvaceae s.l.)

The breeding system of Luehea grandiflora (Tiliaceae-Malvaceae s.l.) was investigated using hand pollinations and fluorescence microscopy studies of pollen tube growth. Although selfed flowers persisted for some 10 days, our study indicates that L. grandiflora is self-incompatible, with self pollen tube inhibition in the upper style, as occurs in many taxa with homomorphic, gametophytic self-incompatibility (GSI). L. grandiflora is only the second species reported within the Malvales with homomorphic stylar inhibition. This result is discussed within the context of a report for self-compatibility in this species, and we also consider the phylogenetic implications for the occurrence of GSI in the family Malvaceae s.l.

Sistema reprodutivo do Ipê-Branco: Tabebuia roseo-alba (Ridley) Sandwith (Bignoniaceae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ecologia da polinização de Ipomoea asarifolia (Ders.) Roem. & Schult. (Convolvulaceae) na região semi-árida de Pernambuco

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The reproductive biology of Cybistax antisyphilitica (Bignoniaceae), a characteristic tree of the South American savannah-like "Cerrado" vegetation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Morphological evolution in the graminid clade: Comparative floral anatomy of the grass relatives Flagellariaceae and Joinvilleaceae

New comparative data are presented on the reproductive morphology and anatomy of two genera closely related to grasses, Flagellaria and Joinvillea, in which the flowers are superficially similar, especially in stamen morphology. This investigation demonstrates some anatomical differences between the two genera. For example, both genera depart from the 'typical' condition of tepal vasculature (three-traced outer tepals and one-traced inner tepals): in Flagellaria, each tepal receives a single vascular bundle and, in Joinvillea, each tepal is supplied by three vascular bundles. Joinvillea possesses supernumerary carpel bundles, as also found in the related family Ecdeiocoleaceae, but not in Flagellaria or grasses. In the anther, the tapetum degenerates early in Flagellaria, and is relatively persistent in Joinvillea, in which the pollen grains remain closely associated with the tapetum inside the anther locule, indicating a correlation between peripheral pollen (a feature that is common in grasses) and a persistent tapetum. This study highlights the presence of a pollen-tube transmitting tissue (PTTT) or solid style in the gynoecium of Flagellaria, as also in many Poaceae, but not in Joinvillea or Ecdeiocoleaceae. We speculate that the presence of a PTTT could represent one of the factors that facilitated the subsequent evolution of the intimately connected gynoecia that characterize grasses. © 2012 The Linnean Society of London.