Fathey Sarhan

Mécanismes cellulaires et moléculaires de la tolérance au gel chez les céréales

Le processus de l'endurcissement au froid chez le blé est sous le contrôle d'un système génétique très complexe. Ce système est induit par les basses températures durant la période d'acclimatation. L’étude de l'expression génétique a démontré que plusieurs protéines spécifiques sont induites lors de l'endurcissement au froid. L'accumulation de ces protéines est corrélée avec le degré de tolérance au gel. Cependant, la nature des événements physiologiques et moléculaires ainsi que l’identité des protéines impliquées dans la régulation de ce processus restent mal connues. Le but de notre programme de recherche est d’élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'acquisition et le développement de la résistance au froid chez le blé. Pour atteindre cet objectif, nous proposons d’étudier les aspects suivants: a) Purification, caractérisation et localisation des protéines induites au cours de l'endurcissement au froid. Pour réaliser cette étude diverses méthodes chromatographiques couplées à l’électrophorèse préparative seront utilisées afin d'obtenir des protéines hautement purifiées pour l'analyse de microséquence et la préparation d'anticorps. Les anticorps seront utilisés pour localiser les protéines au niveau cellulaire. La microséquence nous permettra de synthétiser des oligonucléotides qui seront utilisés comme sondes pour l'identification des gènes spécifiques dans la librairie d'ADNc et d'ADN génomique. Cette étude sera une étape importante afin d’élucider la fonction cellulaire de ces protéines. b) Identification et caractérisation des gènes impliqués dans l'induction de la tolérance au gel. L'isolation des clones spécifiques sera effectuée par le criblage différentiel de la librairie d'ADNc préparé à partir des ARNm de plantes endurcies. L'expression des clones identifiés sera étudiée par l'analyse de Northern en utilisant les ARNm provenant de différents tissus soumis aux différents stress et traitement (froid, sécheresse, chaleur et ABA). Les clones qui présentent une corrélation positive avec le développement de la tolérance au gel seront séquencés et caractérisés. c) Régulation des gènes impliqués dans l'acquisition de la tolérance au gel. Cette étude sera effectuée aux niveaux transcriptionnel et traductionnel afin d'identifier les facteurs spécifiques impliqués dans la régulation de ce processus.

L'ensemble des données permettra une meilleure compréhension des mécanismes physiologiques et génétiques qui régularisent le processus de l'endurcissement au froid chez les végétaux.

Interaction entre la lumière et la basse température au cours de l’acclimatation au froid chez les végétaux

Les processus physiologiques, biochimiques et moléculaires menant au développement de la tolérance au froid chez les végétaux sont très complexes. Parmi ces processus, le rôle de la lumière dans la transduction de signaux menant à une plus grande tolérance est probablement l’aspect le moins connu des réponses cellulaires impliquées. De plus, plusieurs gènes associés à la tolérance au gel chez le blé sont aussi présents chez les espèces sensibles tels le blé et le maïs, cependant, ces gènes ne sont pas induits par les basses températures. Ceci suggère que l’inhabilité de ces espèces à développer la tolérance au gel réside dans leur incapacité à stimuler la voie de signalisation appropriée. L’étude de la transmission du signal est donc d’une importance majeure afin d’élaborer une stratégie d’amélioration des espèces sensibles par transformation génétique. La disponibilité du gène (incluant la séquence régulatrice) nucléaire Wcs19 encodant une protéine chloroplastique associée à la tolérance au gel nous permettra d’élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’interaction entre la lumière et les basses températures au cours de l’acclimatation au froid. Ceci nous aidera également à comprendre les relations entre le chloroplaste et le noyau et à identifier certains intervenants dans la chaîne de transduction du signal de la basse température ainsi que l’influence de la balance redox du photosystème II. Pour atteindre ces objectifs, nos recherches s’orientent vers les aspects suivants: 1) Caractérisation des régions régulatrices du gène Wcs19 afin d’identifier les éléments cis et trans impliqués dans la réponse à la basse température et la lumière. 2) Identifier les intervenants dans la voie de transmission du signal de la basse température et le rôle du chloroplaste et de la lumière. 3) Déterminer la fonction du gène Wcs19 au cours du développement de la tolérance au gel. L’étude de ces trois volets contribuera à l’avancement de nos connaissances de la biologie de la tolérance au froid et nous aidera à développer la technologie nécessaire à l’amélioration de la tolérance aux basses températures chez les végétaux.