La plupart de variétés élites de blé tendre ne peuvent pas être croisées avec des espèces apparentées ce qui restreint considérablement la base génétique qui peut être utilisée pour l'introgression de nouveaux allèles dans les programmes de sélection. L'inhibition de l'hybridation entre le blé et les espèces apparentées (e.g. seigle, orge) est génétiquement contrôlée. Un certain nombre de QTLs ont été identifiés à ce jour, y compris les gènes Kr1 sur le chromosome 5BL et SKr, un QTL majeur identifié au laboratoire en 1998 sur le bras court du chromosome 5B, tous deux impliqués dans l'inhibition du croisement entre le blé tendre et le seigle. Dans cette étude, nous avons utilisé une population recombinante SSD provenant d'un croisement entre la variété Courtot non croisable et la lignée MP98 croisable pour caractériser l'effet majeur dominant de SKr. Le gène a ensuite été cartographié génétiquement sur la partie distale du chromosome 5BS à proximité du locus GSP (Grain Softness Protein) dont l'homéologue sur le chromosome 5D est impliqué dans la dureté du grain (locus Ha). Les relations de colinéarité avec l'orge et le riz ont été utilisées pour saturer la région de SKr par de nouveaux marqueurs et établir des relations orthologues avec une région de 54 kb sur le chromosome 12L de riz. Au total, 6 marqueurs moléculaires ont été cartographiés dans un intervalle génétique de 0,3 cM, et 400 kb de contigs physiques de BAC ont été établis des deux cotés du gène afin de jeter les bases du clonage positionnel de SKr. De nouvelles populations de grands effectifs ont été développées pour la localisation précise du gène SKr sur les cartes génétiques et physiques. 223 individus d'une population HIF (SSD254.14) ont été testés pour leur aptitude au croisement avec le seigle et génotypés avec les marqueurs proches du gène pour confirmer les données obtenues dans la population de départ. Les résultats montrent que SKr est localisé dans une région hautement recombinante et que les relations entre distances génétiques et distances physiques sont favorables aux dernières étapes de clonage positionnel du gène. Enfin, deux marqueurs SSR complètement liés au gène SKr ont été utilisés pour évaluer une collection de descendances de blé aptes au croisement avec le seigle originaires d'un programme de sélection de triticale primaire. Les résultats confirment l'effet majeur de SKr sur l'aptitude au croisement et l'utilité des deux marqueurs pour introgresser l'aptitude au croisement interspécifique dans des variétés élites de blé tendre.

ABP1 (Auxin Binding Protein1), who can bind auxin, is essential for the development of plants. It was proved to have the ability to bind auxin and transduce auxin signal into the cells. It is supposed to be localized and functions at the outer surface of plasma membrane through unknown component. In my thesis, we tried to invesitgate the interaction between ABP1 and the candidate of the unknown component, CBP1 (From maize), which is GPI-acnhored and already identified as the binding ability to synthesized C-terminus peptide of ABP1 in 2006. The orthologous of CBP1 in arabidopsis belongs to a gene family with 19 members, in which only three of them were prediceted to be GPI anchored. We did the functional characterisation of these three GPI-anchored members. Data suggested that GPI-anchored SKS were involved in cell orientation, gametophyte and embryo development.

Much is known about how organs acquire their identity, yet we are only beginning to learn how their shape is regulated. Recent work has elucidated the role of coordinated cell division & expansion in determining plant organ shape. For instance, in Antirrhinum, leaf shape is affected in the cincinnata (cin) mutant because of an alteration in the cell division pattern. CIN codes for a TCP transcription factor and controls cell proliferation. It is unclear how exactly CIN-like genes regulate leaf morphogenesis. We have taken biochemical and genetic approach to understand the TCP function in general and the role of CIN-like genes in leaf morphogenesis in Antirrhinum and Arabidopsis. Targets of CINCINNATA To understand how CIN controls Antirrhinum leaf shape, we first determined the consensus target site of CIN as GTGGTCCC by carrying out RBSS assay. Mutating each of this target sequence, we determined the core binding sequence as TGGNCC. Hence, all potential direct targets of CIN are expected to contain a TGGNCC sequence. Earlier studies suggested that CIN activates certain target genes that in turn repress cell proliferation. To identify these targets, we compared global transcripts of WT and cin leaves by differential display PCR and have identified 18 unique, differentially expressed transcripts. To screen the entire repertoire of differentially expressed transcripts, we have carried out extensive micro-array analysis using 44K Arabidopsis chips as well as 13K custom-made Antirrhinum chips. Combining the RBSS data with the results obtained from the micro-array experiments, we identified several targets of CIN. In short, CIN controls expression of the differentiation-specific genes from tip to base in a gradient manner. In cin, such gradient is delayed, thereby delaying differentiation. We also find that gibberellic acid, cytokinin and auxin play important role in controlling leaf growth. Genetic characterization of CIN-homologues in Arabidopsis Arabidopsis has 24 TCP genes. Our work and reports from other groups have shown that TCP2, 4 and 10 are likely to be involved in leaf morphogenesis. These genes are controlled by a micro RNA miR319. To study the role of TCP4, the likely orthologue of CIN, we generated both stable and inducible RNAi lines. Down-regulation of TCP4 transcript resulted in crinkly leaves, establishing the role of TCP4 in leaf shape. To study the function of TCP2, 4 & 10 in more detail, we isolated insertion mutants in these loci. The strongest allele of TCP4 showed embryonic lethal phenotype, indicating a role for TCP4 in embryo growth. All other mutants showed mild effect on leaf shape, suggesting their redundant role. Therefore, we generated and studied various combinations of double and triple mutants to learn the concerted role of these genes on leaf morphogenesis. To further study the role of TCP4 in leaf development, we generated inducible RNAi and miRNA-resistant TCP4 transgenic lines and carried out studies with transient down-regulation and up-regulation of TCP4 function. Upon induction, leaf size increased in RNAi transgenic plants whereas reduced drastically in miR319 resistant lines, suggesting that both temporal & spatial regulation of TCP4 is required for leaf development. Biochemical characterization of TCP domain To study the DNA-binding properties of TCP4, random binding site selection assay (RBSS) was carried out and it was found that TCP4 binds to a consensus sequence of GTGGTCCC. By patmatch search and RT-PCR analysis, we have shown that one among 74 putative targets, EEL (a gene involved in embryo development), was down regulated in the RNAi lines of TCP4. This suggests that EEL could be the direct target of TCP4. We have tested this possibility in planta by generating transgenic lines in which GUS reporter gene is driven by EEL upstream region with either wild type or mutated TCP4 binding site. GUS analysis of embryos shows that transgenic with mutated upstream region had significantly reduced reporter activity in comparison to wild type, suggesting that EEL is a direct target of TCP4. We have further shown that TCP4 also binds to the upstream region of LOX2, a gene involved in Jasmonic acid (JA) biosynthesis (in collaboration with D. Weigel, MPI, Tubingen, Germany). TCP domain has a stretch of basic residues followed by a predicted helix-loop-helix region (bHLH), although it has little sequence homology with canonical bHLH proteins. This suggests that TCP is a novel and uncharacterized bHLH domain. We have characterized DNA-binding specificities of TCP4 domain. We show that TCP domain binds to the major groove of DNA with binding specificity comparable to that of bHLH proteins. We also show that helical structure is induced in the basic region upon DNA binding. To determine the amino acid residues important for DNA binding, we have generated point mutants of TCP domain that bind to the DNA with varied strength. Our analysis shows that the basic region is important for DNA binding whereas the helix-loop-helix region is involved in dimerization. Based on these results, we have generated a molecular model for TCP domain bound to DNA (in Collaboration with Prof. N. Srinivasan, IISc, Bangalore). This model was validated by further site-directed mutagenesis of key residues and in vitro assay. Functional analysis of TCP4 in budding yeast To assess TCP4 function in regulation of eukaryotic cell division, we have introduced TCP4 in S. cerevisiae under the GAL inducible promoter. TCP4 induction in yeast cells always slowed down its growth, indicative of its detrimental effect on yeast cell division. Flow cytometry analysis of synchronized cells revealed that TCP4 arrests yeast cell division specifically at G1→S boundary. Moreover, induced cells showed distorted cell morphology resembling shmoo phenotype. Shmooing is a developmental process which usually happened when the haploid cells get exposed to the cells of opposite mating type and get arrested at late G1 phase due to the inhibition of cdc28-cln2 complex. This suggested that TCP4-induced yeast cells are arrested at late G1 phase probably by the inhibition of cdc28-cln2 complex. To further investigate how TCP4 induce G1→S arrest, we carried out microarray analysis and found expression of several cell cycle markers significantly altered in TCP4-induced yeast cells. Studies on crinkly1, a novel leaf mutant in Arabidopsis To identify new genes involved in leaf morphogenesis, we have identified crinkly1 (crk1), a mutant where leaf shape and size are altered. We observed that crk1 also makes more number of leaves compared to wild type. Phenotypic analysis showed that crk1 leaf size is ~5 times smaller than that of wild type. Scanning electron microscopy (SEM) showed that both cell size and number are reduced in the mutant leaf, which explains its smaller size. We have mapped CRK1 within 3 cM on IV chromosome.

La morphogenèse aérienne inclut des caractères de croissance, de développement et de phénologie, et conditionne fortement la valeur d'usage des Légumineuses. Parmi ces caractères, la floraison est un événement majeur du cycle de vie car elle est déterminante pour le succès reproductif. Elle correspond à la transition généralement non réversible d'un méristème végétatif produisant des feuilles et tiges, en un méristème floral. La régulation de ce phénomène morphogénétique est le fait d'un réseau complexe de signalisations. Les légumineuses cultivées ont souvent des génomes complexes. C'est le cas de la luzerne (Medicago sativa), espèce fourragère pérenne, tétraploïde et allogame ainsi que du pois (P. sativum) qui présente un génome de grande taille. Des études précises peuvent être menées sur la légumineuse modèle Medicago truncatula, espèce diploïde, annuelle, à cycle court et autogame. De nombreuses ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez cette espèce qui possède un fort degré de synténie avec la luzerne et le pois. De plus des gènes intervenant dans le déterminisme de la date de floraison ont été décrits chez A. thaliana et chez le pois. L'objectif de la thèse est d'identifier des zones du génome et des gènes en utilisant les connaissances et outils développés chez M. truncatula, A. thaliana et P. sativum dans le déterminisme génétique de la date de floraison chez M. truncatula. Après une analyse de l'effet de la photopériode sur la date de floraison d'une gamme de lignées, une approche " gènes candidats positionnels " a été mise en oeuvre. La méthodologie employée consiste à montrer la variabilité génétique de la date de floraison en réponse à la photopériode, rechercher des QTL (Quantitative Trait Locus) de date de floraison dans trois populations connectées de lignées recombinantes, réaliser une méta-analyse QTL afin de détecter les régions conservées dans le contrôle du caractère entre populations, cartographier finement un QTL majeur et repérer les gènes candidats présents dans son intervalle de confiance. L'expression de ces gènes a été comparée pour deux lignées afin d'associer au caractère les gènes différentiellement exprimés. En chambre de culture, la date de floraison de huit lignées a été mesurée sous deux traitements : 12 heures et 18 heures d'éclairement. Les données montrent qu'il existe de la variabilité génétique pour la date de floraison entre ces huit lignées, que la floraison est plus précoce en jours longs qu'en jours courts et qu'il existe une interaction lignée x photopériode. Un QTL majeur de date de floraison a pu être repéré sur le groupe de liaison 7 dans les trois populations de lignées recombinantes expliquant de 10 à 60 % de la variabilité observée. En méta-analyse sur les trois populations, un QTL consensus a été mis en évidence ayant un intervalle de confiance de seulement 0.9 cM. La cartographie fine de ce QTL a été réalisée sur la descendance (1663 plantes) d'une plante F6 hétérozygote au QTL détecté dans la population LR4. L'intervalle du QTL ainsi détecté couvre 2.4 cM. Six gènes homologues de gènes de floraison décrits chez A. thaliana ont été identifiés dans l'intervalle de ce QTL établi par cartographie fine. Leur séquençage pleine longueur a révélé du polymorphisme entre les deux parents : pour MtCO, homologue de CONSTANS et pour MtFTLc, homologue de FT. Par contre, aucun polymorphisme n'a été détecté pour deux autres homologues de FT (MtFTLa et MtFTLb) ni pour PKS. Une analyse de l'expression différentielle par RT-PCR semi quantitative des six gènes candidats a été réalisée chez deux lignées parentales contrastées pour leur date de floraison. Seul le gène MtCO est différentiellement exprimé entre ces deux lignées ; ce gène est donc actuellement le principal candidat pour expliquer la variation du caractère révélée à ce QTL sur le chromosome7, dans ces populations.