de la structure à la croissance cellulaire - Université Bordeaux 1

Résumé
RESUME
Le développement du fruit de tomate s’accompagne d’un phénomène d’endopolyploïdisation
(amplification de l’ADN en l'absence de mitose) associé à la croissance cellulaire. Au stade vert
mature huit niveaux de ploïdie sont présents (2C à 256C) dans le péricarpe.
Une première partie du travail a porté sur l’étude de la distribution spatiale des niveaux de
ploïdie dans ce tissu. Cet objectif a nécessité la mise au point d’une méthode originale de
détermination de la ploïdie in situ reposant sur la technique de BAC-FISH. Nous avons montré que les
cellules les plus polyploïdes se situent dans les assises internes du péricarpe, et qu’elles sont aussi
les plus grandes. Ces cellules semblent déjà formées au moment de l’anthèse. Cette cartographie de
la ploïdie associée à une analyse de la taille cellulaire a également montré que la taille finale des
cellules ne dépend pas uniquement de leur niveau de ploïdie mais également de leur position dans le
péricarpe. Enfin, nos résultats suggèrent que l’endopolyploïdisation précède la croissance cellulaire.
Dans une deuxième partie du travail, nous avons étudié la structure des noyaux en
microscopie à fluorescence et électronique. L’endopolyploïdisation affecte profondément la taille et la
forme des noyaux, qui acquièrent un volume important et une forme complexe avec de profondes
invaginations. La taille du nucléole augmente avec celle du noyau, ce qui suggère une activité de
transcription accrue. De plus, la présence de nombreuses mitochondries à proximité des noyaux
polyploïdes suggère une forte activité métabolique en lien avec l’endopolyploïdisation. L’utilisation de
la méthode BAC-FISH a permis également de montrer que la polyploïdie se faisait par
endoreduplication avec la formation de chromosomes polytènes.
Dans une troisième partie nous avons cherché, en criblant une banque de mutants Micro-
Tom, à identifier des lignées affectées dans l’endoreduplication afin d’étudier l’impact de ce
phénomène sur la vitesse de croissance du fruit. Nous avons caractérisé plusieurs familles dont les
niveaux moyens de ploïdie variaient par rapport à la lignée de référence. Une de ces familles présente
un phénotype stable au cours de deux générations, avec une augmentation d’au moins 30 % de la
ploïdie moyenne et une augmentation de la taille des cellules du péricarpe. Cependant cette famille
présentant aussi un développement relativement parthénocarpique de ses fruits, sa caractérisation n’a
pas pu être poursuivie dans le cadre de ce travail.
Mots-clés : Tomate, endoréduplication, croissance cellulaire, structure du noyau
ABSTRACT
Tomato fruit development includes massive endopolyploidisation events (DNA duplication in
the absence of mitoses) within pericarp cells, in which 8 DNA levels from 2 C to 256 C are detected at
mature green stage.
The first part of this work dealt with the study of the spatial distribution of ploidy levels in
pericarp. To achieve this purpose, a new method for in situ ploidy assessment was set up using a
BAC-FISH protocol. The main results are 1/ the most polyploid cells are located in central mesocarp
cell layers; 2/ the most polyploid cells are also the largest cells; 3/ these cells are likely to be already
present in ovary at anthesis. Ploidy mapping has also shown that the final cell size does not depend
only on ploidy level but also on cell location in pericarp, and that endopolyploidization is likely set up in
tissues before cell expansion.
The structure of the polyploid nucleus was studied by using fluorescence microscopy and
electron microscopy. Endopolyploidization profoundly modifies the size and shape of nuclei, which
become much larger and acquire a complex shape with deep invaginations. Nucleolus size increases,
which is likely related to transcriptional increase. Moreover, the presence of numerous mitochondria in
the close vicinity of the nuclear membrane reinforces the hypothesis of increased nuclear and
metabolic activity in polyploid cells. The BAC-FISH in situ method for ploidy assessment also revealed
that endopolyploidization proceeded through polyteny.
In the last part of this work, we screened a tomato Micro-Tom tilling bank for mutants affected
in endopolyploidization. The aim was to use tomato lines with distinct ploidy levels to check the
influence of ploidy on fruit growth rate. Several mutant families were identified with moderately
increased ploidy levels. One of these families exhibited transmissible phenotype through 2
generations, with ploidy increased by ca. 30 % and increased pericarp cell size. As these mutants had
also a strongly pronounced parthenocarpic phenotype, their characterization could not be further
advanced in the frame of this work.
Keywords : Tomato, endoreduplication, cell growth, nuclei structure