Au cours du développement des plantes, l'auxine contrôle de nombreux processus dont notamment la dominance apicale, le phototropisme, la phyllotaxie, la formation des racines latérales et le développement des fruits. Le métabolisme, la perception ainsi que la signalisation de l’auxine ont majoritairement été étudiés chez Arabidopsis. Afin d’élucider la fonction de cette hormone au cours du développement des fruits, nous avons utilisé la tomate comme plante modèle. En effet la tomate est à la fois une espèce référence pour la famille des Solanacées mais également pour les plantes à fruits charnus. Les gènes Aux/IAA jouent un rôle déterminant dans la voie de signalisation auxinique en formant notamment un complexe avec l’un des récepteurs de cette hormone et en réprimant l’activité des facteurs de transcriptions de type ARF. Au cours de ce travail, nous avons caractérisé la famille multigènique des Aux/IAA chez la tomate. Elle est composée de 25 membres que nous avons nommés en référence à ceux d’Arabidopsis. Le niveau d’expression des gènes Aux/IAA est variable en fonction du gène, de l’organe ou du tissu considéré. L’expression de plusieurs de ces gènes est régulée à la fois par l’auxine et l’éthylène, ce qui suggère que les Aux/IAA sont reliés aux voies de signalisation de ces deux hormones. L’élucidation de la fonction des Aux/IAA de tomate est réalisée à travers la caractérisation de plantes transgéniques avec une attention particulière portée aux lignées montrant des phénotypes affectant le développement et la qualité du fruit ou présentant un intérêt pour le dialogue entre l’auxine et l’éthylène. Parmi ces lignées, les plantes sous-exprimant le gène Sl-IAA27 présentent une altération du développement des fleurs et des fruits. De plus, la diminution de l’expression de Sl-IAA27entraine la sous-expression de gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de la chlorophylle se traduisant par une diminution de la teneur en chlorophylle dans les feuilles. Ces résultats montrent la diversité fonctionnelle des Sl-IAA et souligne le rôle de régulateur joué par l’auxine au cours du développement du fruit. / The phytohormone auxin controls various developmental processes, including apical dominance, tropisms, vascular patterning and fruit set. Auxin metabolism, transport, perception and signaling are mainly studied in the plant model Arabidopsis. To understand the auxin regulation process of fruit development, the tomato plant which is a reference species for Solanaceae and fleshy fruit plants is a good model of study. Aux/IAA genes play a key role in auxin signaling pathway, through their participation to the receptor complex of the hormone and by repressing the activity of ARF type transcription factors. In this work the 25 Sl-IAA family members have been isolated and renamed according to their phylogeny relationship with AtIAAs. Sl-IAA genes display distinctive expression pattern in different tomato organs and tissues, and some of them display differential responses to auxin and ethylene, suggesting that Aux/IAAs may play a role in linking both hormone signaling pathways. To improve knowledge about Aux/IAA function, transgenic tomato plants have been generated. The involvement of Aux/IAAs in notably fruit development was addressed through the characterization of the Sl-IAA27 gene. Its down-regulation in plants lead to altered flower and fruit development with a modified shape of the fruits and reduced volume. Moreover, fertilization capacity was strongly altered by the silencing of Sl-IAA27 resulting in the formation of fruits with reduced seed number. In addition, the reduced expression of Sl- IAA27 leads to a down-regulation of genes involved in chlorophyll biosynthesis triggering reduced leaf chlorophyll accumulation content. These results showed a functional diversity among Sl-IAA family members and underlined the involvement of auxin notably in the regulation of fruit development.

Au cours du développement des plantes, l'auxine contrôle de nombreux processus dont notamment la dominance apicale, le phototropisme, la phyllotaxie, la formation des racines latérales et le développement des fruits. Le métabolisme, la perception ainsi que la signalisation de l'auxine ont majoritairement été étudiés chez Arabidopsis. Afin d'élucider la fonction de cette hormone au cours du développement des fruits, nous avons utilisé la tomate comme plante modèle. En effet la tomate est à la fois une espèce référence pour la famille des Solanacées mais également pour les plantes à fruits charnus. Les gènes Aux/IAA jouent un rôle déterminant dans la voie de signalisation auxinique en formant notamment un complexe avec l'un des récepteurs de cette hormone et en réprimant l'activité des facteurs de transcriptions de type ARF. Au cours de ce travail, nous avons caractérisé la famille multigènique des Aux/IAA chez la tomate. Elle est composée de 25 membres que nous avons nommés en référence à ceux d'Arabidopsis. Le niveau d'expression des gènes Aux/IAA est variable en fonction du gène, de l'organe ou du tissu considéré. L'expression de plusieurs de ces gènes est régulée à la fois par l'auxine et l'éthylène, ce qui suggère que les Aux/IAA sont reliés aux voies de signalisation de ces deux hormones. L'élucidation de la fonction des Aux/IAA de tomate est réalisée à travers la caractérisation de plantes transgéniques avec une attention particulière portée aux lignées montrant des phénotypes affectant le développement et la qualité du fruit ou présentant un intérêt pour le dialogue entre l'auxine et l'éthylène. Parmi ces lignées, les plantes sous-exprimant le gène Sl-IAA27 présentent une altération du développement des fleurs et des fruits. De plus, la diminution de l'expression de Sl-IAA27 entraine la sous-expression de gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de la chlorophylle se traduisant par une diminution de la teneur en chlorophylle dans les feuilles. Ces résultats montrent la diversité fonctionnelle des Sl-IAA et souligne le rôle de régulateur joué par l'auxine au cours du développement du fruit.

Les interactions entre l’auxine et l’éthylène sont complexes et contrôlent divers processus de développement des plantes tels que l’élongation racinaire ou la différentiation des racines secondaires. Mais, il existe peu d’études montrant le rôle des interactions entre ces deux hormones au cours du développement et de la maturation des fruits. Le changement de couleur des fruits chez la tomate est une caractéristique de la maturation qui est associée à la fois à la dégradation des chlorophylles et à l’accumulation des caroténoïdes. Dans ce travail, l’application exogène d’auxine et d’éthylène a montré l’impact de ces deux hormones sur la maturation de la tomate et en particulier sur le changement de couleur des fruits. Nous avons montré que l’acide indol-acétique (IAA) retarde la transition du vert à l’orange/rouge, alors que l’éthylène, apporté sous la forme d’acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique (ACC), son précurseur, accélère la coloration des fruits. Par contre, l’inhibition de l’auxine par le PCIB, un antagoniste de l’auxine, provoque les mêmes effets que l’éthylène. L’analyse des caroténoïdes montre que l’ACC comme le PCIB augmente la teneur en lycopène et diminue la teneur en carotène alors que l’IAA provoque l’effet inverse. L’étude de l’accumulation des ARNs messagers de plusieurs gènes clés de la voie de biosynthèse des caroténoïdes a montré que le gène β-lcy codant pour la lycopène cyclase joue un rôle clé dans le contrôle de la biosynthèse et de l’accumulation des pigments et que son expression est fortement dépendante de l’équilibre auxine-éthylène. D’autre part, nos résultats ont montré que le gène rin joue un rôle important dans le contrôle de l’expression des gènes clés de la voie de biosynthèse des caroténoïdes. Pour avoir une meilleure vision des gènes différentiellement exprimés par l’auxine et l’éthylène au cours de la maturation, l’analyse du transcriptome des fruits traités par de l’ACC et de l’IAA a été réalisée par RNA-Seq au laboratoire. Parmi les facteurs de transcriptions étudiés, le gène Sl-IAA17, un membre de la famille des AUX/IAA, est fortement affecté par l’auxine et l’éthylène. La caractérisation fonctionnelle du gène Sl-IAA17 pendant le développement du fruit a été réalisée en créant des lignées transgéniques sous exprimant ce gène en mettant en œuvre la stratégie des ARNs interférents. Ces lignées présentent un phénotype caractéristique produisant des fruits de plus gros calibre que celui des fruits sauvages. Les analyses histologiques des tissus des fruits ont montré que ce phénotype est associé à un péricarpe plus épais. En microscopie, nous avons constaté que l’augmentation de l’épaisseur du péricarpe dans les lignées transgéniques n’était pas due à un plus grand nombre de cellules mais à l’augmentation de la taille des cellules. Enfin, nous avons observé que l’expansion des cellules dans les fruits transgéniques est étroitement couplée avec des niveaux de ploïdie plus élevés que dans les fruits sauvages, ce qui suggère une stimulation du processus endoréduplication. Ces résultats démontrent très clairement l’existence d’une étroite relation entre la signalisation de l’auxine, le contrôle de la taille du volume cellulaire et le processus d’endoréduplication. En conclusion, les résultats présentés fournissent des connaissances nouvelles sur les interactions entre l’auxine et l’éthylène au cours du développement du fruit et en particulier au cours de la transition fruit immature - fruit mature. De plus, ils apportent des éléments nouveaux sur la connaissance du rôle de la voie de signalisation de l’auxine dans le contrôle du développement des fruits charnus et en particulier sur la fonction de certains membres des AUX/IAA sur la détermination du volume et du poids des fruits. / The interaction between auxin and ethylene are complex and control various processes of plant development, such as root elongation or differentiation of secondary roots. But there are few studies showing the role of interactions between these two hormones during development and maturation of the fruit. The color change in the tomato fruit is a feature of the maturation that is associated with the degradation of the chlorophyll and carotenoid accumulation. In this work, the application of exogenous auxin and ethylene showed the impact of these two hormones in the tomato ripening and in particular the change of fruit color. We have shown that indole-acetic acid (IAA) delays the transition from green to orange / red, while ethylene, supplied as 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid form (ACC), its precursor, accelerated this transition. However the auxin inhibition by p-chlorophenoxy isobutyic acid (PCIB), an auxin antagonist, caused the same effects similar to ethylene. The carotenoid analysis showed that the ACC and PCIB increase the lycopene content and reduced the carotene content while IAA causes the opposite effect. The study of the accumulation of mRNAs for several key genes of the carotenoid biosynthetic pathway has shown that the gene β-lcy encoding lycopene cyclase plays a key role in the control of biosynthesis and accumulation of pigments and that its expression is highly dependent on the auxin-ethylene balance. In addition, our results showed that the rin gene plays an important role in controlling the expression of the key carotenoid biosynthetic pathway genes. To get a better view of differentially expressed genes by auxin and ethylene during ripening, transcriptome analysis of fruits treated with ACC and IAA was performed by a preliminary RNA-Seq approach. Among the transcription factors studied in the laboratory, the gene Sl-IAA17, a member of the family of Aux/IAA was affected by auxin and ethylene. Functional characterization of Sl-IAA17 gene during fruit development was performed by creating transgenic lines under-expressing this gene by RNAi. These lines display a phenotype producing bigger fruit than wild type. Histological analysis of the tissues showed that fruit phenotype is associated with a thicker pericarp. By microscopy, we observed that increasing the thickness of the pericarp in the transgenic lines was not due to a greater number of cells but to the increase in cell size. Finally, we observed that cell expansion in transgenic fruit is tightly coupled with higher ploidy levels than wild fruits, suggesting a stimulation of the endoreduplication process. These results clearly demonstrate the existence of a close relationship between the auxin signal, the control cell size, fruit volume and the endoreduplication process. In conclusion, the results provide new insights into the interactions between auxin and ethylene during fruit development and in particular during the transition immature fruit, mature fruit. In addition, they provide new information on the understanding of the role of the signaling pathway of auxin in controlling the development of fleshy fruits and in particular on the basis of certain members of the AUX/IAA on regulating volume and fruit weight.

L'auxine est une hormone végétale qui coordonne plusieurs processus de développement des plantes à travers la régulation d'un ensemble spécifique de gènes. Les Auxin Response Factors (ARF) sont des régulateurs transcriptionnels qui modulent l'expression de gènes de réponse à l’auxine. Des données récentes montrent que les membres de la famille des ARF sont impliqués dans la régulation du développement des fruits de la nouaison à la maturation. L'objectif principal de la thèse est d’étudier la part qui revient aux ARF dans le contrôle du développement et de la maturation des fruits et d’en comprendre les mécanismes d’action. L’analyse des données d’expression disponibles dans les bases de données a révélé que, parmi tous les ARF de tomates, SlARF2 affiche le plu haut niveau d'expression dans le fruit avec un profil distinctif d’expression associé à la maturation. Nous avons alors entrepris la caractérisation fonctionnelle de SlARF2 afin d’explorer son rôle dans le développement et la maturation des fruits. Deux paralogues, SlARF2A et SlARF2B, ont été identifiés dans le génome de la tomate. Nous avons montré que l’expression de SlARF2A dans le fruit est régulée par l'éthylène tandis que celle de SlARF2B est induite par l'auxine. La sous-expression de SlARF2A, comme celle de SlARF2B, entraine un retard de maturation alors que l’inhibition simultanée des deux paralogues conduit à une inhibition plus sévère de la maturation suggérant une redondance fonctionnelle entre les deux paralogues lors de la maturation des fruits. Les fruits présentant une sous-expression des gènes SlARF2 produisent de faibles quantités d'éthylène, montrent une faible accumulation de pigments et une plus grande fermeté. Le traitement avec de l'éthylène exogène ne peut pas inverser les phénotypes de défaut de maturation suggérant que SlARF2 pourrait agir en aval de la voie de signalisation de l'éthylène. L'expression des gènes clés de biosynthèse et de signalisation de l'éthylène est fortement perturbée dans les lignées sous-exprimant SlARF2 et les gènes majeurs qui contrôlent le processus de maturation (RIN, CNR, NOR, TAGL1) sont sensiblement sous-régulés. Les données suggèrent que SlARF2 est essentiel pour la maturation des fruits et qu’il pourrait agir au croisement des voies de signalisation de l'auxine et de l'éthylène. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les ARF régulent l'expression des gènes de réponse à l'auxine, nous avons étudié l'interaction des SlARFs avec des partenaires protéiques ciblés, principalement les co-répresseurs de type Aux/IAA et Topless (TPL) décrits comme les acteurs clés dans la répression des gènes dépendant de la signalisation auxinique. Une fois les gènes codant pour les membres de la famille TPL de tomate isolés, une approche double hybride dans la levure a permis d’établir des cartes exhaustives d'interactions protéine-protéine entre les membres des ARFs et des Aux/IAA d’une part et les ARFs et les TPL d’autre part. L'étude a révélé que les Aux/IAA interagissent préférentiellement avec les SlARF activateurs et qu’à l’inverse les Sl-TPL interagissent uniquement avec les SlARF répresseurs. Les données favorisent l'hypothèse que les ARF activateurs recrutent les Sl-TPL via leur interaction avec les Aux/IAA, tandis que les ARF répresseurs peuvent interagir directement avec les Sl-TPL. Les études d’interactions ont permis également d’identifier de nouveaux partenaires comme les protéines VRN5 et LHP1, composantes des complexes Polycomb PRC impliqués dans la repression par voie épigénétique de la transcription par modification de l'état de méthylation des histones. Au total, le travail de thèse apporte un nouvel éclairage sur le rôle et les mécanismes d'action des ARF et identifie SlARF2 comme un nouvel élément du réseau de régulation contrôlant le processus de maturation des fruits chez la tomate. / The plant hormone auxin coordinates plant development through the regulation of a specific set of auxin-regulated genes and Auxin Response Factors (ARFs) are transcriptional regulators modulating the expression of auxin-response genes. Recent data demonstrated that members of this gene family are able to regulate fruit set and fruit ripening. ARFs are known to act in concert with Aux/IAA to control auxin-dependent transcriptional activity of target genes. However, little is known about other partners of ARFs. The main objective of the thesis research project was to gain more insight on the involvement of ARFs in fruit development and ripening and to uncover their interaction with other protein partners beside Aux/IAAs. Mining the tomato expression databases publicly available revealed that among all tomato ARFs, SlARF2 displays the highest expression levels in fruit with a marked ripening-associated pattern of expression. This prompted us to uncover the physiological significance of SlARF2 and in particular to investigate its role in fruit development and ripening. Two paralogs, SlARF2A and SlARF2B, were identified in the tomato genome and transactivation assay in a single cell system revealed that the two SlARF2 proteins are nuclear localized and act as repressors of auxin-responsive genes. In fruit tissues, SlARF2A is ethylene-regulated while SlARF2B is auxin-induced. Knock-down of SlARF2A or SlARF2B results in altered ripening with spiky fruit phenotype, whereas simultaneous down-regulation of SlARF2A and SlARF2B leads to more severe ripening inhibition suggesting a functional redundancy among the two SlARF2 paralogs during fruit ripening. Double knock-down fruits produce less climacteric ethylene and show delayed pigment accumulation and higher firmness. Exogenous ethylene treatment cannot reverse the ripening defect phenotypes suggesting that SlARF2 may act downstream of ethylene signaling. The expression of key ethylene biosynthesis and signaling genes is dramatically disturbed in SlARF2 down-regulated fruit and major regulators of the ripening process, like RIN, CNR, NOR, TAGL1, are under-expressed. The data support the notion that SlARF2 is instrumental to fruit ripening and may act at the crossroads of auxin and ethylene signaling. Altogether, while ethylene is known as a key hormone of climacteric fruit ripening, the ripening phenotypes associated with SlARF2 down-regulation bring unprecedented evidence supporting the role of auxin in the control of this developmental process. To further extend our knowledge of the molecular mechanism by which ARFs regulate the expression of auxin-responsive genes we sought to investigate interactions SlARF and putative partners, mainly Aux/IAAs and Topless co-reppressors (TPLs) reported to be key players in gene repression dependent on auxin signaling. To this end, genes encoding all members of the tomato TPL family were isolated and using a yeast-two-hybrid approach comprehensive protein-protein interaction maps were constructed. The study revealed that Aux/IAA interact preferentially with activator SlARFs while Sl-TPLs interact only with repressor SlARFs. The data support the hypothesis that activator ARFs recruit Sl-TPLs co-repressors via Aux/IAAs as intermediates, while repressor ARFs can physically interact with Sl-TPLs. Further investigation indicated that SlARFs and Sl-TPLs can interact with polycomb complex PRC1 PRC2 components, VRN5 and LHP1, known to be essential players of epigenetic repression of gene transcription through the modification of histones methylation status. These data establish a potential link between ARFs and epigenetic regulation and thereby open new and original perspectives in understanding the mode of action of ARFs. Altogether, the thesis work provides new insight on the role of ARFs and their underlying action mechanisms, and defines SlARF2 as a new component of the regulatory network controlling the ripening process in tomato.