Étude des barrières de reproduction intraspécifiques chez la tomate sauvage Solanum chilense

Details

Supervisors

Quinet, Muriel

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biologie des organismes et écologie, à finalité approfondie

Abstract

La tomate cultivée (Solanum lycopersicum) est l'une des plantes maraîchères les plus cultivées au monde. Cependant, sa domestication a considérablement réduit sa diversité génétique, augmentant sa vulnérabilité aux stress biotiques et abiotiques. L’introduction de gènes de résistance issus d’espèces sauvages apparentées, comme Solanum chilense, constitue une piste prometteuse afin d’augmenter sa résilience. Originaire du désert d’Atacama, S. chilense est intéressante pour sa résistance aux stress hydrique, salin et thermique. Cependant, cette espèce affiche des barrières de reproduction intraspécifiques, notamment une auto-incompatibilité gamétophytique (AIG) ainsi qu’une incompatibilité unilatérale avec la tomate cultivée. Une meilleure compréhension de ces barrières intra- et interspécifiques est nécessaire pour utiliser le potentiel génétique de S. chilense. Ce mémoire se concentre sur les barrières intraspécifiques au sein d’une population de S. chilense. Nous avons tout d’abord regardé si la morphologie florale, et notamment l'exsertion du stigmate, était liée à l’AIG comme précédemment suggérée. La surface et la taille des organes floraux ont été mesurées chez plusieurs individus. Des allèles d’AIG (S-allèle) ont été identifiés au niveau du S-locus, et l'expression relative de ces S-allèles ainsi que des gènes HT-A et HT-B impliqués dans l'AIG a été analysée. Aucune corrélation entre la morphologie florale et l’expression de ces gènes n’a été observée suggérant que le lien supposé précédemment n’est influencé par l’expression de ces gènes. Ensuite, nous avons étudié la présence d’un gradient de compatibilité dans les croisements et regardé si des différences entre la compatibilité théorique (obtenue à partir des S-allèle) et la compatibilité réelle étaient observées. Des croisements entre individus ont été réalisés afin d’analyser cette compatibilité réelle au niveau prézygotique (germination du pollen et croissance des tubes polliniques) et postzygotique (taux de mise à fruits et à graines). Un gradient de compatibilité réelle entre individus – non prédit par la compatibilité théorique – a été relevé, montrant la complexité de l’AIG. À partir des données de croisements, nous avons analysé l’état des barrières de reproduction chez S. chilense, afin d’étudier la présence d’autres barrières ou l’importance de celle déjà connue. Le taux de germination des grains de pollen, l’arrêt de la croissance des tubes polliniques dans les 1er et 2e tiers du style lors de croisements non compatibles, ainsi que la corrélation avec le taux de mise à fruit a permis de suggérer l’absence de barrières postzygotiques. De plus, un lien entre le taux de mise à fruit et le nombre de graines par fruit a permis de suggérer que leurs développements ne sont pas forcément indépendants. Enfin, nous avons étudié le lien entre l’expression de gènes impliqués dans l’AIG et la compatibilité réelle. Bien que des variations d’expression des gènes aient été observées, celles-ci ne semblent pas expliquer les différences de croissance des tubes polliniques, de taux de mise à fruit ou de nombre de graines par fruit, montrant que le rôle précis de ces gènes dans l’AIG reste incertain et que notre compréhension des mécanismes régulant l’AIG chez S. chilense doit être approfondie. The cultivated tomato (Solanum lycopersicum) is one of the most cultivated crops in the world. However, its domestication has significantly reduced its genetic diversity, increasing its vulnerability to biotic and abiotic stresses. Introducing resistance genes from wild relatives, such as Solanum chilense, represents a promising approach to enhance its resilience. Native to the Atacama Desert, S. chilense is particularly interesting due to its resistance to drought, salinity, and heat stress. However, this species shows intraspecific reproductive barriers, i.e. gametophytic self-incompatibility (GSI), and unilateral incompatibility with cultivated tomato. A better understanding of these intra- and interspecific barriers is essential to utilize the genetic potential of S. chilense. This master thesis focuses on intraspecific barriers within a population of S. chilense. First, we investigated whether floral morphology, particularly stigma exertion, was linked to GSI as previously suggested. The surface area and size of floral organs were measured in several individuals. GSI alleles (S-alleles) were identified at the S-locus, and the relative expression of these S-alleles as well as HT-A and HT-B genes involved in GSI was analyzed. No correlation between floral morphology and gene expression was observed, suggesting that the previously hypothesized link is not influenced by the expression of these genes. Next, we examined the presence of a compatibility gradient in crosses and evaluated whether differences between theoretical compatibility (predicted from S-alleles) and actual compatibility were observed. Crosses between individuals were made to analyze real compatibility at prezygotic levels (pollen germination and pollen tube growth) and postzygotic levels (fruit and seed set rates). A gradient of real compatibility among individuals – unpredicted by theoretical compatibility – was identified, highlighting the complexity of GSI. Based on crosses, we analyzed the state of reproductive barriers in S. chilense to study the presence of other barriers or the importance of the one already known. Pollen germination rates, pollen tube growth in the first and second thirds of the style during incompatible crosses, and their correlation with fruit set rates suggested the absence of postzygotic barriers. Moreover, a relationship between fruit set and seed set suggested that their development might not be entirely independent. Finally, we studied the relationship between the expression of genes involved in GSI and real compatibility. Although variations in gene expression were observed, they did not seem to explain differences in pollen tube growth, fruit set rates, or seed numbers per fruit. This indicates that the precise role of these genes in GSI remains uncertain, and that further research is needed to better understand the mechanisms regulating GSI in S. chilense.