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Flowering time in pea: a systems biology approach from the genetic network to the field. La floraison chez le pois par une approche de biologie intégrative : du réseau de gènes à la plante au champ
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Edité par CCSD -
Pea (Pisum sativum) represents a valuable model species for systems biology approaches, as it is both a crop and a model species that has been used for decades to investigate developmental processes. In particular, various approaches led to a tremendous amount of data on flowering: (i) genetic and physiological approaches carried out on non-allelic flowering mutants under controlled conditions allowed the development of a descriptive, non-predictive model for the genetic regulation of flowering in pea; (ii) extensive studies on environmental control of flowering led to agroecophysiological models for flowering time prediction, which are not based on genotype and therefore, extrapolation of these results to other genotypes is limited. Additionally, recent molecular advances in pea and the model species Arabidopsis thaliana improved the knowledge on the regulation of flowering. The objective of this work was to integrate this wide range of data into a predictive model in which the time of flower initiation has been broken down into two component variables: the node of first open flower (NFI) and the duration between initiation of two nodes (plastochron). I developed a first predictive model for NFI, based on genetic and photoperiodic control of flowering in pea. Furthermore, analyses of lines grown under field conditions allowed a better understanding of NFI and plastochron responses to environmental conditions. These systems biology approaches were complemented by the molecular study of the two pea flowering key genes LATE FLOWERING (LF) and HIGH RESPONSE TO PHOTOPERIOD (HR). In particular, HR was shown to be involved in the light transduction pathway to the circadian clock, which allowed identification of new candidate genes. These results, together with the new molecular data, lead to a better understanding of the genetic control of flowering and development in pea. This work opens new avenues to modelling approaches for flowering in pea. . Le pois (Pisum sativum), par son double statut d’espèce modèle pour l’étude du développement, et d’espèce agronomique, représente une espèce modèle idéale pour des études intégrées à différentes échelles biologiques. La transition florale est un caractère clé du développement et des approches variées ont conduit à l’obtention de nombreuses données pour la floraison chez le pois : (i) les approches de génétique et physiologie menées en conditions contrôlées sur une large gamme de mutants ont conduit au développement d’un modèle descriptif, mais sans capacité de prédiction, développant les interactions entre les gènes connus contrôlant la floraison ; (ii) l’étude approfondie en conditions de plein champ du contrôle de la floraison a permis de développer des modèles écophysiologiques de la date de floraison en fonction de la photopériode et de la température à forte capacité de prédiction mais qui ne prennent pas en compte le génotype. Plus récemment, les données sur Arabidopsis thaliana permettent d’avoir une compréhension au niveau moléculaire des mécanismes en jeu. Ce projet est une première approche pour intégrer ce large jeu de données au sein d’un modèle prédictif de la date d’initiation florale, décomposé sous la forme du produit mathématique du premier noeud d’initiation florale (NFI) et du temps nécessaire à l’initiation d’un nouveau noeud à l’apex (plastochrone). Un premier modèle mathématique pour la régulation génétique du NFI a été développé qui permet de prédire le NFI pour différents génotypes et photopériodes. Les réponses du NFI et du plastochrone aux conditions environnementales et en particulier à la photopériode ont été analysées précisément. Afin de compléter le modèle, je me suis intéressée particulièrement aux deux gènes clés de floraison, LATE FLOWERING (LF) et HIGH RESPONSE TO PHOTOPERIOD (HR). Des approches moléculaires pour HR ont permis de montrer que le gène était impliqué dans la voie de transduction de la lumière vers l’horloge circadienne, et de nouveaux gènes candidats ont été proposés. Ce travail propose des pistes pour exploiter l’approche de modélisation pour la floraison chez le pois à la lumière des nouvelles données moléculaires.
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