L'éthylène est synthétisé et perçu par toutes les plantes. C'est l'une des phytohormones les plus importantes contrôlant la maturation des fruits. L'éthylène est perçu par les protéines localisées au niveau du réticulum endoplasmique (RE), appelées récepteurs éthylène (ETR), qui régulent le développement et la maturation des fruits, mais les mécanismes par lesquels ils fonctionnent ne sont pas encore tous connus.
Premièrement, pour étudier si les ETRs régulent le mûrissement des fruits climactériques et non climactériques, nous avons comparé les ETRs et les protéines apparentées des deux catégories de fruits et en analysant à nouveau des données RNAseq déjà publiées. Nous avons constaté que les ETRs atteignaient leur maximum d’expression au début du mûrissement à la fois dans les fruits climactériques et non climactériques, mais dans ces derniers, les ETRs ont un pic d’expression plus précoce par rapport à l’accumulation de sucres. Dans cette étude, nous avons également comparé la structure des ETRs et des protéines apparentées dans les deux classes de fruits, établissant ainsi une base pour l'annotation de gènes liés à la perception de l'éthylène. Enfin, les résultats ont montré qu'il y avait un plus grand nombre de gènes ETRs dans les fruits climatériques que dans les fruits non climatériques.
Deuxièmement, chez la tomate, qui est un modèle de maturation des fruits charnus, un septième ETR a été trouvé récemment, suite au séquençage du génome. La caractérisation de ce SlETR7 a été réalisée. Nous avons montré que l’éthylène se lie à la partie transmembranaire de SlETR7. L'expression de SlETR7 augmente dans le péricarpe lorsque les fruits mûrissent, comme pour d’autre ETRs. Les profils d’expression des 7 ETRs au cours de la maturation des fruits peuvent être divisés en 2 groupes: le groupe 1, ETR3, ETR4 et ETR6 qui sont exprimés plus tôt à Breaker + 2 jours que les ETRs du groupe 2, ETR1, ETR2, ETR5 et ETR7. Nous avons construit des lignées de tomates Knock Out (KO) et OverExpressed (OE) pour SlETR7, et nous avons observé certains changements de phénotypes prouvant que SlETR7 est un ETR fonctionnel. Alors que les plantes et les fruits KO ne présentaient qu'un faible changement phénotypique: production d'éthylène supérieure à Br et 2 jours comparée à Wild Type (WT), les lignées OE montraient une floraison précoce, des plantes plus courtes et des fruits plus petits que WT. Les analyses de l'expression de 7 ETRs dans les lignées KO et OE ont révélé que d'autres ETR sont régulées positivement chez les mutants de KO, ce qui peut expliquer l'absence de phénotype évident. Et cela suggère que SlETR7 n'est peut-être pas essentiel pour la maturation des fruits.
Troisièmement, en ce qui concerne les études des 7 ETRs de tomate, l’absence de méthode fiable pour les quantifier, au niveau protéine, constitue un obstacle majeur. Une méthode protéomique ciblée a été développée, PRM pour Parallel Reaction Monitoring, et cela a permis l'identification et la quantification relative des sept ETRs de tomate. Ce développement appliqué à l’étude des tomates WT et des mutants Never Ripe (NR) montre qu’il existe une sur-accumulation de ETR3 mutée qui pourrait être la cause de l’inhibition de maturation des tomates NR, qui restent oranges. En effet cette protéine ETR3 mutée, gain-de-fonction, bloque la signalétique éthylène même en présence d’éthylène. Enfin, les ARNm et les protéines d'ETRs ont été analysés au sein des mêmes échantillons, ce qui nous a amenés à suggérer l'existence d'une corrélation positive entre les ARNm et les protéines d'ETR, controversée dans la littérature précédente. |
Ethylene is synthesized and perceived by all plants, and it is one of the most important phytohormone controlling fruit ripening. Ethylene is perceived by endoplasmic reticulum (ER)-localized proteins, called Ethylene Receptors (ETRs), which regulate fruit development and ripening, however the mechanisms by which ETRs regulate fruit ripening are not fully explained.
Firstly, to study if ETRs regulate the ripening of climacteric and non-climacteric fruits, we compared ETRs and related protein members of both classes of fruit and by re-analyzing RNAseq data, already published, we found that ETRs were peaking at the inception of ripening in both climacteric and non- climacteric fruits, but in these latter, the ETRs showed an earlier ETR expression peak relative to sugar accumulation. In this review, we also compared the structure of the ethylene receptors and related proteins in both classes of fruit, establishing a basis for the annotation of genes related to ethylene perception. Finally, the results show that there was a higher number of ETR genes in climacteric fruits, than in non-climacteric fruits.
Secondly, in tomato which is a fleshy fruit ripening model, a seventh ETR has been reported recently, following the genome sequencing. Characterization of this SlETR7 was carried out. We showed that ethylene binds to the transmembrane part of SlETR7. Like other ETR expression patterns during fruit ripening, SlETR7 expression in pericarp also goes up when fruit ripens. The profiles of the seven ETR expression during fruit ripening can be divided in 2 groups: group 1, ETR3, ETR4, and ETR6 are expressed earlier at Breaker+2 days than group 2, ETR1, ETR2, ETR5, and ETR7 that are expressed at a later stage of ripening. We constructed Knock Out (KO) and OverExpressed (OE) tomato lines for SlETR7, and we observed some phenotype changes proving that SlETR7 is a functional ETR. While there was only a small phenotype change in KO plants and fruits: more ethylene production at Br and Br+2days compared to Wild Type (WT), the OE lines showed early flowering, shorter plants, and smaller fruit than WT. The analyzes of the 7 ETR expression in KO and OE lines, revealed that other ETR expression is up-regulated in KO mutants, which may explain the absence of obvious phenotype. and this suggest that SlETR7 maybe not critical in fruit ripening.
Thirdly, regarding the studies of the 7 tomato ETRs, one major bottleneck is the absence of reliable method to quantify them at the protein level. A targeted proteomic method was developed, PRM for Parallel Reaction Monitoring, and allow the identification and relative quantification of the seven tomato ETRs. This development applied to the study of the WT and Never Ripe mutant tomatoes showed that there is an over-accumulation of ETR3, affected by a gain-of-function mutation in NR, while the NR tomatoes undergo ripening, which may be a cause of further ripening inhibition, as NR fruit stay orange. Finally, ETR mRNAs and proteins were analyzed within the same samples, and this led us to propose that there is a positive correlation between ETR mRNAs and proteins, which was controversial in the previous literature. |