EP1044272A2 - Method for controlling the division and/or elongation of eukariotic cells - Google Patents

Method for controlling the division and/or elongation of eukariotic cells

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Publication number
EP1044272A2
EP1044272A2 EP99900506A EP99900506A EP1044272A2 EP 1044272 A2 EP1044272 A2 EP 1044272A2 EP 99900506 A EP99900506 A EP 99900506A EP 99900506 A EP99900506 A EP 99900506A EP 1044272 A2 EP1044272 A2 EP 1044272A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tonneaul
sequence
protein
type
gene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99900506A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
David Bouchez
Philippe Nacry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Original Assignee
Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de la Recherche Agronomique INRA filed Critical Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Publication of EP1044272A2 publication Critical patent/EP1044272A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/415—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261—Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/146—Genetically Modified [GMO] plants, e.g. transgenic plants

Definitions

  • the present invention relates to the cloning and expression of genes making it possible to act on the architecture, growth or fertility of plants.
  • the architecture of a higher plant is determined essentially by the control of cell divisions and elongation.
  • the cells of the roots, leaves, stems, and flowers of the plant initially form in the meristems.
  • the conversion of organ drafts to mature organs requires precise control of the elongation of these cells.
  • the organs are present, but have a modified size and shape.
  • the cotyledons smaller in size than those of the wild type, have an increased thickness.
  • the hypocotyle and the root very short and of large diameter, elongate little during development. Numerous root hairs, secondary roots and small, scaly, fleshy leaves appear. After 8 to 10 weeks of cultivation in vi tro, a flower stalk develops with sterile flowers strongly modified, as well as secondary ramifications.
  • the cytoskeleton is involved in cell elongation and the establishment of the division plane.
  • the microtubules organize themselves to form a structure called: "preprophase ring", which will precisely determine the location of the division plane, where the phragmoplast will be formed and the future wall constructed.
  • Microtubule polymerization inhibitors also block cell lengthening processes, revealing their role in this process.
  • the inventors studied the organization of the cytoskeleton in wild seedlings of Arabidopsis thaliana and in seedlings of the tonl mutant. Thanks to immuno-archings performed using tubulin-specific antibodies, they have thus shown that at interphase, the cortical microtubules of wild plant cells are arranged perpendicular to the elongation axis of the cell, while they are distributed randomly in the mutant cells. In mutant cells, the achromatic spindle is correctly positioned but the preprophase ring is never present, which results in a random orientation of the division plane [TRAAS et al., Publication cited above]. The Inventors have now isolated at
  • TONNEAUl gene whose mutation is responsible for the “TONNEAU” phenotype described above. They also identified homologs of this gene in other plants, in particular rice, and found that it was very conserved in higher plants (we observe for example 77% identity between the TONNEAUl gene of Arabidopsis and that of rice, and 36 contiguous amino acids identical in the two proteins).
  • the sequence of a genone DNA clone of Arabidopsis thaliana containing 2 copies of the TONNEAUl gene, called TONla and TO-Vlb, is represented in the sequence list in the appendix under the number SEQ ID NO: 1.
  • the sequences of the proteins TONla and TONlb are respectively represented under the numbers SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3.
  • the sequence coding for a TONNEAU1 protein from rice and the corresponding peptide sequence are respectively represented under the numbers SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5.
  • the subject of the present invention is a method for controlling the process of division and / or elongation of eukaryotic cells, and in particular of plant cells, characterized in that the expression and / or activity of a TONNEAUl type protein in said cells.
  • the present invention also relates to the use of a nucleic acid sequence derived from all or part of the sequence of a TONNEAUl type gene for obtaining a product making it possible to modify the expression and / or the activity of a TONNEAUl type protein in eukaryotic cells, and in particular plant cells.
  • TONNEAUl type protein means not only one of the proteins (SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5) encoded by the TONNEAUl d genes. 'Arabidopsis or rice represented in figure 3, and in the list of sequences in the appendix, but also all the homologous proteins, which includes in particular the TONNEAUl proteins encoded by genes orthologous from other plants.
  • sequence of a TONNEAUl gene is understood to mean not only the sequence of any of the TONNEAUl genes from Arabidopsis or rice represented in FIG.
  • nucleic acid sequences derived from all or part of the sequence of the TONNEAU1 gene include in particular:
  • the modification of the expression and / or the activity of proteins of the TONNEAUl type in plant cells makes it possible, by acting on their development, to control the morphology and architecture of said plants, and in particular to change the size of the plant or that of some of these organs.
  • a TONNEAUl protein in a plant or in certain organs thereof, a reduction in the size of said plant or of said organs will be induced; on the contrary, if one overexpresses or activates the TONNEAUl protein, one will induce an increase in the size of the plant or organs concerned.
  • the expression and / or the activity of the TONNEAUl type protein is modified by mutagenesis of the gene coding for said protein.
  • This mutagenesis can be carried out by any suitable means, known in itself; it is possible, for example, to delete all or part of the TONNEAUl gene, and / or to insert an exogenous sequence; it is also possible to introduce one or more point mutations, to interrupt or shift the reading frame, or else to obtain a mutant TONNEAUl protein, more or less active than the wild-type protein; non-functional TONNEAU1 counterparts with a dominant antagonistic effect can also be produced.
  • the present invention also encompasses nucleic acid sequences capable of being obtained by mutagenesis from the sequence of a gene of TONNEAUl type as defined above, and in particular nucleic acid sequences capable of being obtained by introduction of a mutation capable of modifying the expression and / or the activity of the TONNEAUl protein.
  • the expression of the TONNEAUl protein is modified by associating a sequence derived from the sequence of a TONNEAUl gene with appropriate sequences for controlling transcription. For example, to regulate the expression level of a protein of the TONNEAUl type, it is possible to replace the natural promoter of this protein with a strong promoter, or on the contrary associate it with sequences of the silent type.
  • TONNEAUl protein it is also possible to inhibit the expression of the TONNEAUl protein at the post-transcriptional level, by co-suppression or antisense suppression, by introducing into the cells recombinant DNA constructs producing in these cells sense or antisense transcripts derived from the cDNA. of this protein.
  • the present invention also encompasses the recombinant DNA constructs making it possible to regulate the level of expression of a protein of TONNEAUl type, and containing at least one sequence derived from all or part of the sequence of a gene of TONNEAUl type, under transcriptional control of an appropriate promoter.
  • the invention also encompasses recombinant vectors carrying the recombinant DNA constructs defined above, as well as cells and multicellular organisms transformed by these constructs; the present invention encompasses in particular plant cells or plants transformed by recombinant DNA constructs defined above.
  • At least one product that inhibits or activates the TONNEAU1 protein is used.
  • TONNEAU1 inhibitor or activator products can also be selected on the basis of their selective affinity for this protein. These products can for example be screened on plant cells cultivated in vi tro, in which TONNEAUl is necessary for elongation, or on heterologous systems (bacteria, yeast) in which the TONNEAUl protein is expressed, or on acellular systems, by research of TONNEAUl interactions with various ligands.
  • TONNEAUl protein for example, to obtain a reduction in the size of a plant, it is possible, as indicated above, to inhibit the production of the TONNEAUl protein therein, by implementing conventional techniques such as antisense suppression, or co-suppression, or else inhibit the activity of TONNEAUl by the production of non-functional homologs of this protein with a dominant antagonist effect, or by the production of antibodies directed against TONNEAUl.
  • the expression or the activity of TONNEAUl can be blocked thanks to the use of an inducible promoter, in order to induce a phenomenon of dwarfism controlled over time, or else a selective inhibition can be obtained in the tissues.
  • desired targets eg stem, leaf petiole, floral organs
  • tissue-promoters eg stem, leaf petiole, floral organs
  • the modification of the expression and / or the activity of TONNEAUl can also make it possible to modify the floral architecture to induce a male sterility (by reduction of the size and blocking of the dehiscence of the anthers), to remove the petals (for example to produce apetal colza allowing better resistance to cryptogamic diseases, and better photosynthesis), or inducing female sterility of ornamental species in order to increase the flowering period.
  • tissue-specific inhibition of the expression and / or activity of the TONNEAU1 gene can also relate to the root system, for example to control its development in pots in the case of ornamental plants.
  • homologous proteins present in animal or plant eukaryotic cells can also be modified by means similar to those mentioned above for TONNEAUl. By acting on these proteins, it is thus possible, for example, to envisage controlling the multiplication of cells, their dispersion in the organism, and thus inhibiting, for example, the development of tumors.
  • a tone-water phenotype mutant was identified during the screening of the collection of insertion mutants from INRA-Versailles.
  • This mutant (ACL4) carries an insertion of a DNA fragment carrying a marker for resistance to anamycin.
  • Out of 2256 seeds harvested from a heterozygous plant for the kanamycin resistance marker 1710 descendants were normal, and 546 had the barrel phenotype. All mutants were resistant to kanamycin, indicating a close link between the tonneaul, nuclear recessive mutation and the inserted T-DNA fragment. Subsequently, a second T-DNA insertion, devoid of a functional kanamycin resistance marker, was identified.
  • the inventors produced a genomic library of the mutant ACL4, because the sequences flanking the T-DNA could not be isolated by methods based on PCR. .
  • the mapping of the sequences flanking the two insertions highlights the presence of chromosomal rearrangements: a reciprocal translocation involving the bottom of chromosomes 2 and 3 (bearing approximately on 20 centiMorgans) and an inversion bearing on 40 centiMorgans corresponding to the central part of chromosome 2
  • the results of mapping the mutation go in the same direction since markers of chromosome 2 and chromosome 3 are closely linked to the mutation, and recombinations are blocked on a large part of chromosome 2.
  • FIG. 1 The clone BAC 2F19 from the TAMU library, and largely covering the region of the T-DNA insertion site was used for the various analyzes; and SalI lXhoI and Sall l PvuII fragments were subcloned, partially sequenced and used for functional complementation analyzes.
  • the 7.1 kbp sequence isolated from BAC 2F19 was compared with the sequences flanking the T-DNA insertions in the ton1 mutants. ACL4.
  • an amplification product of 330 bp was obtained in the mutant type plants, and two amplification products of 330 and 430 bp for the wild type sequences.
  • the sequencing of these fragments of 330 and 430 bp shows that they have an identity of 95.1% and 93.5% at their terminal regions, while this identity decreases sharply in the central part.
  • Analysis of other sequences obtained from this region fragment amplified by the primers TIAf and T2Br has shown that the two conserved regions correspond to two fragments of exons flanking an intron.
  • EXAMPLE 3 ISOLATION AND SEQUENCING OF TON1 GENES
  • the wild type genomic region a been cloned and sequenced.
  • Preliminary hybridization and amplification analyzes did not reveal any significant difference between the plant genomic DNA (type S) and the DNA extracted from the selected BACs (ColO), the 7.1 kb fragment DNA isolated from BAC 2F19 was used for cloning and sequencing. This fragment was subcloned into the plasmid pBSIISK (STRATAG ⁇ NE) and sequenced.
  • PCR primers labeled “PRISM Ready Reaction Dye Primer Cycle Sequencing Kit” (APPLIED BIOSYSTEMS) are then separated on denaturing polyacrylamide gel and analyzed using an automatic sequencer (APPLIED BIOSYSTEMS; Model 373A DNA Sequencing System).
  • FIGS. 2 and 3 The structure and the sequence of the TONNEAU1 genes of Arabidopsis are represented in FIGS. 2 and 3. Caption of FIG. 2:
  • Figure 2 shows schematically the structure of the 2 TONNEAUl genes; the 1.4 kbp deletion at the T-DNA insertion point in the tonl mutant is represented by a double black arrow.
  • the two genes TONla and TONlb are represented by black arrows. These 2 genes are separated by 220 bp.
  • Exons are represented by black boxes. The hatched areas correspond to the untranslated transcribed sequences. The location and size of introns and exons is very conserved, except for the sixth intron of the TONla gene which is absent in the TONlb gene.
  • the positions of the donor and acceptor splice sites are represented by square brackets.
  • the associated figures correspond to the probability that the detected sequence is a splicing site.
  • the arrowheads indicate the position of the different primers used during the characterization of the ton1 mutants.
  • the black arrowheads correspond to the defined primers and the gray arrowheads correspond to the sequences homologous to the defined primers.
  • the sizes of the corresponding amplification fragments are also indicated.
  • the cDNA sequences isolated from the Arabidopsis library, the rice cDNA (S1091), and the 3 'RACE PCR product sequences isolated from the primers P5 and P8 are indicated in bold, respectively. characters highlighted in gray, and in italics.
  • the underlined sequences correspond to the different PCR primers.
  • the primers whose name is shown in italics correspond to the sequences homologous to the primers defined from the sequence.
  • the boxes correspond to the polyadenylation sites of the cDNAs.
  • the hatched boxes correspond to the beginning and the end of the deletion induced by the insertion of T-DNA.
  • the results presented in FIGS. 2 and 3 show that the two genes TONla and TONlb are positioned in direct tandem and separated by 220 bp.
  • the TONla gene consists of 8 exons with an average size of 98 nucleotides; the average size of the introns is 168 bp.
  • the TO ⁇ lb gene consists of 7 exons with an average size of 110 nucleotides; the average size of the introns is 214 bp.
  • the comparison of the wild type and mutant type sequences shows that the deletion induced by the insertion of AD ⁇ -T affects the two genes TO ⁇ la and TO-Vlb. It induced the disappearance of the C-terminal part of the TO ⁇ la protein (corresponding to the last 97 amino acids) and the ⁇ -terminal part of the TO ⁇ lb protein (corresponding to the first 29 amino acids). Furthermore, the comparison between the sequences flanking the AD ⁇ -T insertions and the region containing the TONNEAU1 genes confirms that the insertion (and the associated chromosomal rearrangements) did not induce other changes in the nucleotide sequence.
  • RACE PCR reactions were carried out. This method makes it possible to isolate by PCR amplification the 3 ′ or 5 ′ parts of a transcript (even if weakly expressed) from a primer internal to the gene of interest and from a primer positioned on an adapter ligated at the ends. synthesized cDNA. The amplifications were carried out on cDNAs produced from messenger RNA isolated from seedlings of the S ecotype 5 days old. The 3 'RACE reactions were carried out using primers P5 and P8. The 3 'part of the two genes was thus obtained. The 3 'part of the TON 1a gene was isolated by amplification from the primer P8 while that of the TON1b gene was obtained from the primer P5.
  • the amplifications thus obtained demonstrate that the two genes TO-vla and TONlb are expressed in seedlings 5 days old.
  • the different sequences corresponding to RACE PCR products, to rice and Arabidopsis cDNAs, and the sequences deduced from the genomic sequence were compared. The results of these alignments are shown in Figure 4.
  • the sequence alignment analyzes were performed using the Pileup function of the GCG software. (isconsin Package Version 9.0, Genetics Computer Group, Inc. (GCG) Madison Wisc, USA).
  • the homology searches were established by SeqVu 1.1 software (The Garvan Institute of Medical Research, Sydney, Australia) using the GES method.
  • the gray boxes represent the identical amino acids
  • the white boxes inside the blocks represent the homologous amino acids.
  • the translated sequences correspond respectively to the cDNA isolated in rice (tonlriz .p), to the sequences deduced from the genomic sequence of 1 Arabidopsis (tonla .p and tonlbg.p) and the cDNA isolated in the bank of 'Arabidopsis (tonlbc .p).
  • FIG. 5 represents the comparison of the protein sequences deduced from the TONNEAU1 genes, from the orthologous gene in rice, and from several ESTs homologous to mammals or parasites (identified as described in Example 3).
  • the mutants were complemented by the introduction of a wild type copy of the TONNEAU1 gene.
  • pZPHYG This plasmid is derived from the vector PZP200 [HAJDUKIEWICZ et al. , Plant Mol. Biol. , 25, 989-994 (1994)] into which the gene coding for hygromycin B phosphotransferase (HPT) has been introduced.
  • Constructions 1 and 2 contain the 12 kbp (Sall / Xhol) and 7.2 kbp (Sall PvuII) genomic fragments isolated from BAC 2F19 and corresponding respectively to the two TONla and TONlb genes or to the TONla gene. These TONNEAU1 genes are represented in Figure 6 by black arrows.
  • Construction 1 contains the two TONla and TONlb genes (Sall-Xhol fragment) while construction 2 contains only the TONla gene (Sali-PvuI I fragment).
  • Construction 3 was carried out from the cDNA of the full-length TONlb gene from the Arabidopsis library. This cDNA was cloned between the double promoter of the cauliflower mosaic virus (Prom70 CAMV) and the terminator of the cauliflower mosaic virus (Ter CAMV) derived from the plasmid pJIT60 [GUERINEAU et al., Plant Mol . Biol. 18 (4), 815-818 (1992)].
  • a negative complementation control (binary vector only) was also used to evaluate the effect of infiltration on the segregation frequencies of the TONNEAUl mutation and thus to obtain mutants carrying the gene for resistance to hygromycin.
  • constructs were introduced into the Agrobacterium tumefaciens C58C1 strain, pMP90 [KONCZ and SCHELL, Mol. Gen. Genêt, 204, 383-396 (1986)] by electroporation.
  • the recombinant strains were used to transform plants of Arabidopsis heterozygous for the ton1 mutation.
  • the seedlings showing resistance to the two selection agents were transplanted in the greenhouse.
  • the progeny of these plants were used for genetic complementation analyzes.
  • wild type plants were treated according to this same protocol (except for the selection of transformants which is done only on hygromycin).
  • the Tl seedlings selected in a fraction (1/8) of the progeny of infiltrated plants are distributed as follows: 22 and 31 for constructions 1 and 2, 43 for construction 3, and 15 for the construction 4.
  • the different seedlings transferred to the greenhouse had a wild phenotype during transplanting, except for one of them (obtained from construction 3).
  • allelic structure for the ton1 mutation was tested by PCR amplifications in these plants. Amplifications carried out using a specific primer located inside the deletion and a primer outside the deletion show that the seedlings are of mutant genotype.
  • T-DNA insertions carrying the TON1b cDNA was also tested by PCR amplification.
  • the primers P5 and P10 amplify in these plants a fragment of 950 bp corresponding to the size expected for amplification from a TON1 cDNA.
  • a fragment of identical size was also amplified from the DNA of the different transformants obtained by infiltration with the bacterial strain containing the construction 3. These plants with an intermediate phenotype therefore correspond to a partial restoration of the tone phenotype.
  • Certain plants of wild phenotype have a homogeneous kanamycin-resistant progeny, they carry a T-DNA insertion at the TON locus in the homozygous state, however in their progeny plants of the ton phenotype are observed. These plants are mutants restored by the presence of a functional TON gene which confirms the nature of the two identified candidate genes, targets of the mutation.

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Abstract

The invention concerns a method for controlling the division and/or elongation of eukariotic cells, and in particular plant cells, by modifying the expression and/or the activity of a TONNEAU1 protein in said cells. Said medhod enables in particular to act on the size of plants, or of their organs. The modification of the expression and/or the activity of the TONNEAU1 protein can for example, be carried out via a gene coding for said protein, or sequences controlling its expression, or by using said protein inhibitors of activators.

Description

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE DE LA DIVISION ET/OU DE L'ELONGATION DIVISION AND / OR ELONGATION CONTROL METHOD
DE CELLULES EUCARYOTES .OF EUKARYOTIC CELLS.
La présente invention concerne le clonage et l'expression de gènes permettant d'agir sur l'architecture, la croissance ou la fertilité des plantes .The present invention relates to the cloning and expression of genes making it possible to act on the architecture, growth or fertility of plants.
L'architecture d'une plante supérieure est déterminée essentiellement par le contrôle des divisions et de l'elongation cellulaires. Les cellules des racines, des feuilles, des tiges, et des fleurs de la plante se forment initialement dans les méristèmes. La conversion des ébauches d'organes en organes matures nécessite un contrôle précis de l'allongement de ces cellules.The architecture of a higher plant is determined essentially by the control of cell divisions and elongation. The cells of the roots, leaves, stems, and flowers of the plant initially form in the meristems. The conversion of organ drafts to mature organs requires precise control of the elongation of these cells.
Des mutations affectant le contrôle de l'elongation aboutissent à des modifications importantes de l'aspect des plantes. Ainsi, chez Arabidopsis thaliana , on a observé des mutants dénommés : « tonneau », qui présentent un phénotype très affecté par rapport au type sauvage. Ces plantes sont capables de générer les primordia racinaires, foliaires et floraux, sans pouvoir les faire grandir et leur donner une forme mature appropriée. Elles présentent un fort raccourcissement des racines, des tiges et des pétioles de feuille, ainsi que des organes floraux et reproducteurs.Mutations affecting the control of elongation lead to significant changes in the appearance of plants. Thus, in Arabidopsis thaliana, mutants called "barrel" have been observed, which have a phenotype very affected compared to the wild type. These plants are capable of generating root, leaf and floral primordia, without being able to make them grow and give them an appropriate mature form. They have a strong shortening of the roots, stems and leaf petioles, as well as floral and reproductive organs.
Tous les organes sont présents, mais ont une taille et une forme modifiée. Les cotylédons, de taille plus réduite que ceux du type sauvage, ont une épaisseur accrue. L'hypocotyle et la racine, très courts et de fort diamètre, s'allongent peu au cours du développement. De nombreux poils racinaires, des racines secondaires et de petites feuilles en forme d'écaillés et charnues apparaissent. Après 8 à 10 semaines de culture in vi tro, se développe une hampe florale portant des fleurs stériles fortement modifiées, ainsi que des ramifications secondaires . Des études de développement de l'embryon effectuées par l'équipe des Inventeurs sur des mutants tonneaul (tonl) d' Arabidopsis thaliana , ont montré que le zygote était affecté dès la première mitose par une modification de l'orientation du plan de division [TRAAS et al., Nature, 375, 676-677, (1995)]. Cette altération se poursuit aux stades ultérieurs par une perturbation des divisions cellulaires entraînant une modification de la forme et de la taille des cellules par rapport au type sauvage.All the organs are present, but have a modified size and shape. The cotyledons, smaller in size than those of the wild type, have an increased thickness. The hypocotyle and the root, very short and of large diameter, elongate little during development. Numerous root hairs, secondary roots and small, scaly, fleshy leaves appear. After 8 to 10 weeks of cultivation in vi tro, a flower stalk develops with sterile flowers strongly modified, as well as secondary ramifications. Studies of embryo development carried out by the team of inventors on tonneaul (tonl) mutants of Arabidopsis thaliana, have shown that the zygote was affected from the first mitosis by a modification of the orientation of the division plan [ TRAAS et al., Nature, 375, 676-677, (1995)]. This alteration continues at later stages through a disruption of cell divisions resulting in a change in the shape and size of cells compared to the wild type.
Il est généralement admis que le cytosquelette intervient dans l'elongation cellulaire et la mise en place du plan de division. Lors de la division cellulaire, les microtubules s'organisent pour former une structure dénommée : « anneau de préprophase », qui déterminera précisément l'emplacement du plan de division, où le phragmoplaste sera constitué et la future paroi construite. Les inhibiteurs de polymérisation des microtubules bloquent aussi les processus d'allongement cellulaire, ce qui révèle leur rôle dans ce processus.It is generally accepted that the cytoskeleton is involved in cell elongation and the establishment of the division plane. During cell division, the microtubules organize themselves to form a structure called: "preprophase ring", which will precisely determine the location of the division plane, where the phragmoplast will be formed and the future wall constructed. Microtubule polymerization inhibitors also block cell lengthening processes, revealing their role in this process.
Les Inventeurs ont étudié l'organisation du cytosquelette chez des plantules sauvages d' Arabidopsis thaliana et chez des plantules du mutant tonl . Grâce à des immuno arquages effectués à l'aide d'anticorps spécifiques des tubulines, ils ont ainsi montré qu'à 1 ' interphase, les microtubules corticaux des cellules de plantes sauvages sont disposés perpendiculairement à l'axe d'élongation de la cellule, alors qu'ils se répartissent aléatoirement dans les cellules mutantes. Dans les cellules mutantes, le fuseau achromatique se met correctement en place mais l'anneau de préprophase n'est jamais présent, ce qui se traduit par une orientation aléatoire du plan de division [TRAAS et al., publication précitée] . Les Inventeurs ont maintenant isolé chezThe inventors studied the organization of the cytoskeleton in wild seedlings of Arabidopsis thaliana and in seedlings of the tonl mutant. Thanks to immuno-archings performed using tubulin-specific antibodies, they have thus shown that at interphase, the cortical microtubules of wild plant cells are arranged perpendicular to the elongation axis of the cell, while they are distributed randomly in the mutant cells. In mutant cells, the achromatic spindle is correctly positioned but the preprophase ring is never present, which results in a random orientation of the division plane [TRAAS et al., Publication cited above]. The Inventors have now isolated at
Arabidopsis thaliana , un gène TONNEAUl { TON1 ) dont la mutation est responsable du phénotype « TONNEAU » décrit ci-dessus. Ils ont en outre identifié des homologues de ce gène chez d'autres plantes, en particulier le riz, et ont constaté qu'il était très conservé chez les plantes supérieures (on observe par exemple 77% d'identité entre le gène TONNEAUl d' Arabidopsis et celui du riz, et 36 acides aminés contigus identiques chez les deux protéines) .Arabidopsis thaliana, a TONNEAUl gene (TON1) whose mutation is responsible for the “TONNEAU” phenotype described above. They also identified homologs of this gene in other plants, in particular rice, and found that it was very conserved in higher plants (we observe for example 77% identity between the TONNEAUl gene of Arabidopsis and that of rice, and 36 contiguous amino acids identical in the two proteins).
La séquence d'un clone d'ADN génonique d' Arabidopsis thaliana contenant 2 copies du gène TONNEAUl , dénommées TONla et TO-Vlb, est représentée dans la liste de séquences en annexe sous le numéro SEQ ID NO :1. Les séquences des protéines TONla et TONlb sont respectivement représentées sous les numéros SEQ ID NO : 2 et SEQ ID NO :3. La séquence codant pour une protéine TONNEAUl de riz et la séquence peptidique correspondante sont respectivement représentées sous les numéros SEQ ID NO :4 et SEQ ID NO :5.The sequence of a genone DNA clone of Arabidopsis thaliana containing 2 copies of the TONNEAUl gene, called TONla and TO-Vlb, is represented in the sequence list in the appendix under the number SEQ ID NO: 1. The sequences of the proteins TONla and TONlb are respectively represented under the numbers SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3. The sequence coding for a TONNEAU1 protein from rice and the corresponding peptide sequence are respectively represented under the numbers SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5.
La présente invention a pour objet un procédé pour contrôler le processus de division et/ou d'élongation de cellules eucaryotes, et en particulier de cellules végétales, caractérisé en ce que l'on modifie l'expression et/ou l'activité d'une protéine de type TONNEAUl dans lesdites cellules. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'une séquence d'acide nucléique dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl pour l'obtention d'un produit permettant de modifier l'expression et/ou l'activité d'une protéine de type TONNEAUl dans des cellules eucaryotes, et en particulier des cellules végétales.The subject of the present invention is a method for controlling the process of division and / or elongation of eukaryotic cells, and in particular of plant cells, characterized in that the expression and / or activity of a TONNEAUl type protein in said cells. The present invention also relates to the use of a nucleic acid sequence derived from all or part of the sequence of a TONNEAUl type gene for obtaining a product making it possible to modify the expression and / or the activity of a TONNEAUl type protein in eukaryotic cells, and in particular plant cells.
Au sens de la présente invention, on entend par : « protéine de type TONNEAUl », non seulement l'une des protéines (SEQ ID NO :2, SEQ ID NO :3 ou SEQ ID NO :5) codées par les gènes TONNEAUl d' Arabidopsis ou du riz représentés sur la figure 3, et dans la liste de séquences en annexe, mais également toutes les protéines homologues, ce qui inclut en particulier les protéines TONNEAUl codées par des gènes orthologues d'autres plantes. De même, on entend par : « séquence d' un gène de type TONNEAUl », non seulement la séquence de l'un quelconque des gènes TONNEAUl d' Arabidopsis ou du riz représentés sur la figure 3 ou dans la liste de séquence en annexe, mais également les séquences de gènes homologues, et en particulier celles des gènes orthologues d'autres organismes, et en particulier d'autres plantes supérieures. Ces gènes peuvent être aisément identifiés et clones sur la base de leur homologie avec le gène TONNEAUl d' Arabidopsis ou son orthologue du riz. Des « séquences d'acide nucléique dérivées de tout ou partie de la séquence du gène TONNEAUl », comprennent en particulier :For the purposes of the present invention, the expression “TONNEAUl type protein” means not only one of the proteins (SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5) encoded by the TONNEAUl d genes. 'Arabidopsis or rice represented in figure 3, and in the list of sequences in the appendix, but also all the homologous proteins, which includes in particular the TONNEAUl proteins encoded by genes orthologous from other plants. Likewise, the term “sequence of a TONNEAUl gene” is understood to mean not only the sequence of any of the TONNEAUl genes from Arabidopsis or rice represented in FIG. 3 or in the sequence list in the appendix, but also the sequences of homologous genes, and in particular those of the orthologous genes of other organisms, and in particular of other higher plants. These genes can be easily identified and cloned on the basis of their homology with the TONNEAUl gene from Arabidopsis or its rice orthologue. "Nucleic acid sequences derived from all or part of the sequence of the TONNEAU1 gene" include in particular:
- les séquences d'ADNc de protéines de type TONNEAUl ou des portions de ces séquences d'ADNc, ainsi que leurs produits de transcription ; il peut s'agir par exemple de la totalité d'une séquence codant pour une protéine de type TONNEAUl, ou d'une portion de cette séquence codante, et/ou de tout ou partie des régions 5' et 3' non-traduites . Ces séquences peuvent être utilisées en orientation sens ou antisens ; - des séquences d'acide nucléique susceptibles d'être obtenues par mutagenèse à partir de la séquence d'un gène de type TONNEAUl tel que défini ci- dessus .- the cDNA sequences of TONNEAU1 proteins or portions of these cDNA sequences, as well as their transcripts; it may for example be the whole of a sequence coding for a protein of TONNEAUl type, or a portion of this coding sequence, and / or all or part of the 5 'and 3' untranslated regions. These sequences can be used in sense or antisense orientation; - Nucleic acid sequences capable of being obtained by mutagenesis from the sequence of a gene of TONNEAUl type as defined above.
La modification de l'expression et/ou de l'activité de protéines de type TONNEAUl dans des cellules de plantes permet, en agissant sur le développement de celles-ci, de contrôler la morphologie et l'architecture desdites plantes, et en particulier de modifier la taille de la plante ou celle de certains de ces organes. Par exemple, en inhibant, totalement ou partiellement l'expression ou l'activité d'une protéine TONNEAUl dans une plante ou dans certains organes de celles-ci, on induira une réduction de la taille de ladite plante, ou desdits organes; au contraire, si l'on surexprime ou si l'on active la protéine TONNEAUl, on induira une augmentation de la taille de la plante ou des organes concernés.The modification of the expression and / or the activity of proteins of the TONNEAUl type in plant cells makes it possible, by acting on their development, to control the morphology and architecture of said plants, and in particular to change the size of the plant or that of some of these organs. For example, by totally or partially inhibiting the expression or activity of a TONNEAUl protein in a plant or in certain organs thereof, a reduction in the size of said plant or of said organs will be induced; on the contrary, if one overexpresses or activates the TONNEAUl protein, one will induce an increase in the size of the plant or organs concerned.
Selon un mode de misé en œuvre préféré de la présente invention, on modifie l'expression et/ou l'activité de la protéine de type TONNEAUl en effectuant la mutagenèse du gène codant pour ladite protéine.According to a preferred embodiment of the present invention, the expression and / or the activity of the TONNEAUl type protein is modified by mutagenesis of the gene coding for said protein.
Cette mutagenèse peut être effectuée par tout moyen approprié, connu en lui même ; on peut par exemple procéder à la délétion de tout ou partie du gène TONNEAUl , et/ou à l'insertion d'une séquence exogène ; on peut également introduire une ou plusieurs mutations ponctuelles, pour interrompre ou décaler le cadre de lecture, ou bien pour obtenir une protéine TONNEAUl mutante, plus ou moins active que la protéine sauvage ; on peut également produire des homologues non- fonctionnels de TONNEAUl à effet antagoniste dominant.This mutagenesis can be carried out by any suitable means, known in itself; it is possible, for example, to delete all or part of the TONNEAUl gene, and / or to insert an exogenous sequence; it is also possible to introduce one or more point mutations, to interrupt or shift the reading frame, or else to obtain a mutant TONNEAUl protein, more or less active than the wild-type protein; non-functional TONNEAU1 counterparts with a dominant antagonistic effect can also be produced.
La présente Invention englobe également des séquences d'acide nucléique susceptibles d'être obtenues par mutagenèse à partir de la séquence d'un gène de type TONNEAUl tel que défini ci-dessus, et en particulier des séquences d'acide nucléique susceptibles d'être obtenues par introduction d'une mutation propre à modifier l'expression et/ou l'activité de la protéine TONNEAUl. Selon un autre mode de mise en œuvre de la présente invention, on modifie l'expression de la protéine TONNEAUl en associant une séquence dérivée de la séquence d'un gène TONNEAUl avec des séquences appropriées de contrôle de la transcription. Par exemple, pour réguler le niveau d'expression d'une protéine de type TONNEAUl, on pourra remplacer le promoteur naturel de cette protéine par un promoteur fort, ou au contraire l'associer à des séquences de type silenceur.The present invention also encompasses nucleic acid sequences capable of being obtained by mutagenesis from the sequence of a gene of TONNEAUl type as defined above, and in particular nucleic acid sequences capable of being obtained by introduction of a mutation capable of modifying the expression and / or the activity of the TONNEAUl protein. According to another embodiment of the present invention, the expression of the TONNEAUl protein is modified by associating a sequence derived from the sequence of a TONNEAUl gene with appropriate sequences for controlling transcription. For example, to regulate the expression level of a protein of the TONNEAUl type, it is possible to replace the natural promoter of this protein with a strong promoter, or on the contrary associate it with sequences of the silent type.
On peut également inhiber l'expression de la protéine TONNEAUl au niveau post-transcriptionnel, par co-suppression ou suppression antisens, en introduisant dans les cellules des constructions d'ADN recombinant produisant dans ces cellules des transcrits sens ou antisens dérivés de l'ADNc de cette protéine. La présente invention englobe également les constructions d'ADN recombinant permettant de réguler le niveau d'expression d'une protéine de type TONNEAUl, et contenant au moins une séquence dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl , sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié. Avantageusement, on pourra, si on le souhaite, utiliser un promoteur inductible, et/ou tissu-spécifique.It is also possible to inhibit the expression of the TONNEAUl protein at the post-transcriptional level, by co-suppression or antisense suppression, by introducing into the cells recombinant DNA constructs producing in these cells sense or antisense transcripts derived from the cDNA. of this protein. The present invention also encompasses the recombinant DNA constructs making it possible to regulate the level of expression of a protein of TONNEAUl type, and containing at least one sequence derived from all or part of the sequence of a gene of TONNEAUl type, under transcriptional control of an appropriate promoter. Advantageously, it is possible, if desired, to use an inducible, and / or tissue-specific promoter.
L'invention englobe également des vecteurs recombinants portant les constructions d'ADN recombinant définies ci-dessus, ainsi que des cellules et des organismes pluricellulaires transformés par ces constructions ; la présente invention englobe en particulier des cellules végétales ou des végétaux transformés par des constructions d'ADN recombinant définies ci-dessus.The invention also encompasses recombinant vectors carrying the recombinant DNA constructs defined above, as well as cells and multicellular organisms transformed by these constructs; the present invention encompasses in particular plant cells or plants transformed by recombinant DNA constructs defined above.
Selon encore un autre mode de mise en œuvre de la présente invention, on utilise au moins un produit inhibiteur ou activateur de la protéine TONNEAUl.According to yet another embodiment of the present invention, at least one product that inhibits or activates the TONNEAU1 protein is used.
On peut par exemple, pour inhiber l'activité de TONNEAUl, utiliser des anticorps dirigés contre cette protéine ; il peut s'agir en particulier d'anticorps recombinants produits dans la plante concernée, ou dans certains tissus de celle-ci.One can for example, to inhibit the activity of TONNEAUl, use antibodies directed against this protein; they may in particular be recombinant antibodies produced in the plant concerned, or in certain tissues thereof.
On peut également sélectionner des produits inhibiteurs ou activateurs de TONNEAUl sur la base de leur affinité sélective pour cette protéine. Ces produits peuvent par exemple être criblés sur des cellules végétales cultivées in vi tro, chez lesquelles TONNEAUl est nécessaire à l'elongation, ou sur des systèmes hétérologues (bactérie, levure) dans lesquels on exprime la protéine TONNEAUl, ou sur des systèmes acellulaires, par recherche d'interactions de TONNEAUl avec divers ligands .TONNEAU1 inhibitor or activator products can also be selected on the basis of their selective affinity for this protein. These products can for example be screened on plant cells cultivated in vi tro, in which TONNEAUl is necessary for elongation, or on heterologous systems (bacteria, yeast) in which the TONNEAUl protein is expressed, or on acellular systems, by research of TONNEAUl interactions with various ligands.
Du fait du rôle essentiel joué par la protéine TONNEAUl dans le processus d' élongation, la modification de son expression et/ou de son activité trouve de nombreuses applications dans le domaine des productions végétales.Because of the essential role played by the TONNEAUl protein in the elongation process, the modification of its expression and / or of its activity finds numerous applications in the field of plant productions.
Par exemple, pour obtenir une réduction de la taille d'une plante, on peut comme indiqué ci-dessus, inhiber dans celle-ci la production de la protéine TONNEAUl, en mettant en œuvre des techniques classiques telles que la suppression antisens, ou la co-suppression, ou bien inhiber l'activité de TONNEAUl par la production d'homologues non-fonctionnels de cette protéine à effet antagoniste dominant, ou par la production d'anticorps dirigés contre TONNEAUl.For example, to obtain a reduction in the size of a plant, it is possible, as indicated above, to inhibit the production of the TONNEAUl protein therein, by implementing conventional techniques such as antisense suppression, or co-suppression, or else inhibit the activity of TONNEAUl by the production of non-functional homologs of this protein with a dominant antagonist effect, or by the production of antibodies directed against TONNEAUl.
Avantageusement, l'expression ou l'activité de TONNEAUl pourront être bloquées grâce à l'emploi d'un promoteur inductible, afin d'induire un phénomène de nanisme contrôlé dans le temps, ou bien une inhibition sélective pourra être obtenue dans les tissus-cibles souhaités (ex : tige, pétiole de la feuille, organes floraux) grâce à l'emploi de promoteurs tissu- spécifiques . Ceci permet de modifier sélectivement l'architecture de la plante et d'obtenir par exemple une réduction de taille de la tige chez les céréales, de l'encombrement latéral, et la hauteur chez les hybrides, en particulier les hybrides de maïs, de colza et de tournesol. Cette réduction de taille permet par exemple d'augmenter l'indice de récolte, et/ou d'obtenir une meilleure résistance aux aléas climatiques (verse) .Advantageously, the expression or the activity of TONNEAUl can be blocked thanks to the use of an inducible promoter, in order to induce a phenomenon of dwarfism controlled over time, or else a selective inhibition can be obtained in the tissues. desired targets (eg stem, leaf petiole, floral organs) through the use of specific tissue-promoters. This makes it possible to selectively modify the architecture of the plant and to obtain, for example, a reduction in the size of the stem in cereals, in the lateral dimensions, and the height in hybrids, in particular hybrids of corn, rapeseed. and sunflower. This reduction in size allows for example to increase the harvest index, and / or to obtain better resistance to climatic hazards (lodging).
La modification de l'expression et/ou de l'activité de TONNEAUl peut également permettre de modifier l'architecture florale pour induire une stérilité mâle (par réduction de la taille et blocage de la déhiscence des anthères) , supprimer les pétales (par exemple pour produire des colzas apétales permettant une meilleure résistance aux maladies cryptogamiques, et une meilleure photosynthèse) , ou induire la stérilité femelle d'espèces ornementales afin d'accroître la période de floraison.The modification of the expression and / or the activity of TONNEAUl can also make it possible to modify the floral architecture to induce a male sterility (by reduction of the size and blocking of the dehiscence of the anthers), to remove the petals (for example to produce apetal colza allowing better resistance to cryptogamic diseases, and better photosynthesis), or inducing female sterility of ornamental species in order to increase the flowering period.
L'inhibition tissu-spécifique de l'expression et/ou de l'activité du gène TONNEAUl peut également porter sur le système racinaire, par exemple pour contrôler son développement en pot dans le cas de plantes ornementales .The tissue-specific inhibition of the expression and / or activity of the TONNEAU1 gene can also relate to the root system, for example to control its development in pots in the case of ornamental plants.
Chez les ligneux on peut aussi obtenir une amélioration de la qualité des fibres et de la qualité mécanique du bois en réduisant l'elongation des cellules, ou au contraire en l'augmentant, par surexpression de TONNEAUl .In woody species, it is also possible to obtain an improvement in the quality of the fibers and the mechanical quality of the wood by reducing the elongation of the cells, or on the contrary by increasing it, by overexpression of TONNEAUl.
On peut également modifier par des moyens similaires à ceux mentionnés ci-dessus pour TONNEAUl, l'activité de protéines homologues, présentes dans des cellules eucaryotes animales ou végétales. En agissant sur ces protéines on peut ainsi, par exemple, envisager de contrôler la multiplication des cellules, leur dispersion dans l'organisme, et d'inhiber ainsi, par exemple, le développement de tumeurs.The activity of homologous proteins present in animal or plant eukaryotic cells can also be modified by means similar to those mentioned above for TONNEAUl. By acting on these proteins, it is thus possible, for example, to envisage controlling the multiplication of cells, their dispersion in the organism, and thus inhibiting, for example, the development of tumors.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à des exemples non-limitatifs illustrant l'identification, le clonage, et l'expression de gènes TONNEAUl . EXEMPLE 1 : IDENTIFICATION DU (DES) GÈNE (S) TONNEAUlThe present invention will be better understood using the additional description which follows, which refers to nonlimiting examples illustrating the identification, cloning, and expression of TONNEAU1 genes. EXAMPLE 1: IDENTIFICATION OF THE TONNEAU GENE (S)
Un mutant de phénotype ton-ieau a été identifié au cours du criblage de la collection de mutants d'insertion de l' INRA-Versailles . Ce mutant (ACL4) porte une insertion d'un fragment d'ADN porteur d'un marqueur de résistance à la anamycine . Sur 2256 graines récoltées à partir d'une plante hétérozygote pour le marqueur de résistance à la kanamycine, 1710 descendants étaient normaux, et 546 avaient le phénotype tonneau . Tous les mutants se sont révélés résistants à la kanamycine, indiquant une étroite liaison entre la mutation tonneaul , nucléaire récessive et le fragment d'ADN-T inséré. Par la suite une seconde insertion d'ADN- T, dépourvue de marqueur de résistance à la kanamycine fonctionnel, a été identifiée.A tone-water phenotype mutant was identified during the screening of the collection of insertion mutants from INRA-Versailles. This mutant (ACL4) carries an insertion of a DNA fragment carrying a marker for resistance to anamycin. Out of 2256 seeds harvested from a heterozygous plant for the kanamycin resistance marker, 1710 descendants were normal, and 546 had the barrel phenotype. All mutants were resistant to kanamycin, indicating a close link between the tonneaul, nuclear recessive mutation and the inserted T-DNA fragment. Subsequently, a second T-DNA insertion, devoid of a functional kanamycin resistance marker, was identified.
Afin d'analyser plus précisément les sites des insertions de l'ADN-T, les Inventeurs ont réalisé une banque génomique du mutant ACL4 , car les séquences flanquant l'ADN-T n'avaient pu être isolées par des méthodes basées sur la PCR. La cartographie des séquences flanquant les deux insertions met en évidence la présence de réarrangements chromosomiques : une translocation réciproque impliquant le bas des chromosomes 2 et 3 (portant environ sur 20 centiMorgans) et une inversion portant sur 40 centiMorgans correspondant à la partie centrale du chromosome 2. Par ailleurs, les résultats de cartographie de la mutation vont dans le même sens puisque des marqueurs du chromosome 2 et du chromosome 3 sont étroitement liés à la mutation, et les recombinaisons sont bloquées sur une grande partie du chromosome 2.In order to more precisely analyze the sites of T-DNA insertions, the inventors produced a genomic library of the mutant ACL4, because the sequences flanking the T-DNA could not be isolated by methods based on PCR. . The mapping of the sequences flanking the two insertions highlights the presence of chromosomal rearrangements: a reciprocal translocation involving the bottom of chromosomes 2 and 3 (bearing approximately on 20 centiMorgans) and an inversion bearing on 40 centiMorgans corresponding to the central part of chromosome 2 Furthermore, the results of mapping the mutation go in the same direction since markers of chromosome 2 and chromosome 3 are closely linked to the mutation, and recombinations are blocked on a large part of chromosome 2.
Des analyses moléculaires réalisées sur des plantules mutantes individuelles ont mis en évidence que 30% des mutants possédaient un chromosome 2 transloqué et un chromosome 2 de type sauvage, et 70% 2 chromosomes 2 transloqués. Par ailleurs tous les mutants testés présentent 2 copies transloquées pour le chromosome 3.Molecular analyzes carried out on individual mutant seedlings revealed that 30% of the mutants had a translocated chromosome 2 and a wild type chromosome 2, and 70% 2 chromosomes 2 translocated. In addition, all the mutants tested have 2 copies translocated for chromosome 3.
Ces éléments ont conduit les Inventeurs à analyser la région du bas du chromosome 3, proche des marqueurs cdc2B et BGLl [LISTER et DEAN Weeds World, 4(i), 1-10 (1997)] impliquée dans l'insertion d'ADN-T afin d'identifier le gène causant le phénotype ton . Deux banques de chromosomes bactériens artificiels (BAC = Bacterian Artificial Chromosome) , la banque « TAMU » accessible à l'adresse : http://aims.cps.msu.edu/aims/ et la banque « IGF » accessible à l'adresse : http://www.rzpd.de/ ont été criblées sur la base des séquences flanquant les insertions d'ADN-T du mutant ACL4. Cinq clones BAC ont été isolés et une carte de restriction a permis de les positionner les uns par rapport aux autres. Ces clones et la carte de restriction correspondante sont représentés sur la Figure 1. Le clone BAC 2F19 issu de la banque TAMU, et recouvrant largement la région du site d'insertion de l'ADN-T a été utilisé pour les diverses analyses ; et des fragments SalI lXhoI et Sall l PvuII ont été sous-clonés, partiellement séquences et utilisés pour les analyses de complémentation fonctionnelle. Légende de la figure 1 :These elements led the inventors to analyze the bottom region of chromosome 3, close to the markers cdc2B and BGLl [LISTER and DEAN Weeds World, 4 (i), 1-10 (1997)] involved in the insertion of DNA- T to identify the gene causing the tone phenotype. Two banks of artificial bacterial chromosomes (BAC = Bacterian Artificial Chromosome), the bank "TAMU" accessible at the address: http://aims.cps.msu.edu/aims/ and the bank "IGF" accessible at the address : http://www.rzpd.de/ were screened on the basis of the sequences flanking the T-DNA insertions of the mutant ACL4. Five BAC clones were isolated and a restriction map made it possible to position them in relation to each other. These clones and the corresponding restriction map are represented in FIG. 1. The clone BAC 2F19 from the TAMU library, and largely covering the region of the T-DNA insertion site was used for the various analyzes; and SalI lXhoI and Sall l PvuII fragments were subcloned, partially sequenced and used for functional complementation analyzes. Figure 1 legend:
Les séquences flanquant les insertions d'ADN- T isolées qui ont été utilisées comme sondes pour cribler les deux banques génomiques de type BAC sont représentées par une bande noire. Les cinq clones BACs isolés sont représentés par des bandes hachurées. La position des fragments SalI lXhoI et Sall l PvuII du clone BAC 2F19 qui ont été isolés et utilisés pour les analyses de complémentation fonctionnelle des mutants est indiquée au bas de la figure. Une portion de 7,1 kpb du fragment SalI lXhoI qui a été sous-clonée et séquencée est représentée par une double flèche hachurée. Les hybridations moléculaires de type Southern et les analyses par PCR ont mis en évidence une duplication des gènes TONNEAUl { cf . exemple 2 ci-dessous) . Ces 2 gènes sont représentés par les flèches noires. EXEMPLE 2 : IDENTIFICATION DE DEUX GÈNES HOMOLOGUES PRÉSENTS AU LOCUS TONNEAUlThe sequences flanking the isolated T-DNA insertions which were used as probes to screen the two genomic libraries of BAC type are represented by a black band. The five isolated BAC clones are represented by hatched bands. The position of the SalI lXhoI and Sall l PvuII fragments of the clone BAC 2F19 which have been isolated and used for the functional complementation analyzes of the mutants is indicated at the bottom of the figure. A 7.1 kbp portion of the SalI lXhoI fragment which has been subcloned and sequenced is represented by a double hatched arrow. The Southern type molecular hybridizations and PCR analyzes revealed a duplication of the TONNEAUl genes {cf. example 2 below). These 2 genes are represented by the black arrows. EXAMPLE 2: IDENTIFICATION OF TWO HOMOLOGOUS GENES PRESENT AT THE TONNEAU LOCUS
Afin de détecter d'éventuels remaniements ou délétions dans le fragment clone, la séquence de 7,1 kpb isolée à partir du BAC 2F19 (cf. Figure 1) a été comparée aux séquences flanquant les insertions d'ADN-T chez les mutants tonl ACL4.In order to detect possible rearrangements or deletions in the cloned fragment, the 7.1 kbp sequence isolated from BAC 2F19 (cf. FIG. 1) was compared with the sequences flanking the T-DNA insertions in the ton1 mutants. ACL4.
Cette comparaison a mis en évidence, chez ces derniers, une délétion de 1,4 kpb au point d'insertion de l'ADN-T. Des amplifications par PCR ont ensuite été réalisées à partir de l'ADN génomique du mutant tonl ACL4, et du l'ADN du BAC 2F19, en utilisant différentes amorces. La position de ces amorces est indiquée sur la Figure 2 et sur la Figure 3. La première amplification a été effectuée avec les amorces P5 (localisées dans la délétion chez les mutants tonl) et P6. Aucune amplification n'était attendue chez les plantes de type mutant alors que la taille attendue du fragment amplifié était de 430 pb dans les séquences génomiques de type sauvage. Or, de façon surprenante, un produit d'amplification de 330 pb a été obtenu chez les plantes de type mutant, et deux produits d'amplification de 330 et 430 pb pour les séquences de type sauvage. Le séquencage de ces fragments de 330 et 430 pb montre qu'ils présentent une identité de 95,1% et 93,5% au niveau de leur régions terminales, alors que cette identité diminue fortement dans la partie centrale. L'analyse d'autres séquences obtenues à partir de cette région (fragment amplifié par les amorces TIAf et T2Br) a montré que les deux régions conservées correspondent à deux fragments d'exons encadrant un intron. Ces résultats indiquent la présence, au niveau de la séquence affectée chez les mutants tonl, d'un second gène présentant une homologie avec le premier. EXEMPLE 3 : ISOLEMENT ET SEQUENÇAGE DES GÈNES TONl Afin d'analyser les régions affectées par la délétion chez les mutants tonl, et d'établir le degré d'identité entre les deux gènes homologues affectés par cette mutation, la région génomique de type sauvage a été clonée et séquencée. Des analyses préliminaires d'hybridation et d'amplification n'ayant pas mis en évidence de différence notable entre l'ADN génomique végétal (de type S) et l'ADN extrait des BACs sélectionnés (ColO), le fragment de 7,1 kb de l'ADN isolé à partir du BAC 2F19 a été utilisé pour le clonage et ce sequençage. Ce fragment a été sous-cloné dans le plasmide pBSIISK (STRATAGÈNE) et séquence. Les brins d'ADN synthétisés à partir d'amorces PCR marquées « PRISM Ready Reaction Dye Primer Cycle Sequencing Kit » (APPLIED BIOSYSTEMS) sont ensuite séparés sur gel dénaturant de polyacrylamide et analysés grâce à un séquenceur automatique (APPLIED BIOSYSTEMS ; Model 373A DNA Sequencing System) .This comparison revealed, in the latter, a 1.4 kbp deletion at the insertion point of the T-DNA. PCR amplifications were then carried out using the genomic DNA of the tonl mutant ACL4, and the DNA of BAC 2F19, using different primers. The position of these primers is indicated in FIG. 2 and in FIG. 3. The first amplification was carried out with the primers P5 (located in the deletion in the ton1 mutants) and P6. No amplification was expected in the mutant type plants while the expected size of the amplified fragment was 430 bp in the wild type genomic sequences. Now, surprisingly, an amplification product of 330 bp was obtained in the mutant type plants, and two amplification products of 330 and 430 bp for the wild type sequences. The sequencing of these fragments of 330 and 430 bp shows that they have an identity of 95.1% and 93.5% at their terminal regions, while this identity decreases sharply in the central part. Analysis of other sequences obtained from this region (fragment amplified by the primers TIAf and T2Br) has shown that the two conserved regions correspond to two fragments of exons flanking an intron. These results indicate the presence, at the level of the affected sequence in the ton1 mutants, of a second gene having homology with the first. EXAMPLE 3 ISOLATION AND SEQUENCING OF TON1 GENES In order to analyze the regions affected by the deletion in tonl mutants, and to establish the degree of identity between the two homologous genes affected by this mutation, the wild type genomic region a been cloned and sequenced. Preliminary hybridization and amplification analyzes did not reveal any significant difference between the plant genomic DNA (type S) and the DNA extracted from the selected BACs (ColO), the 7.1 kb fragment DNA isolated from BAC 2F19 was used for cloning and sequencing. This fragment was subcloned into the plasmid pBSIISK (STRATAGÈNE) and sequenced. The DNA strands synthesized from PCR primers labeled “PRISM Ready Reaction Dye Primer Cycle Sequencing Kit” (APPLIED BIOSYSTEMS) are then separated on denaturing polyacrylamide gel and analyzed using an automatic sequencer (APPLIED BIOSYSTEMS; Model 373A DNA Sequencing System).
La séquence obtenue a été comparée avec des banques d' "EST" (Expressed Séquence Tag) , Cette comparaison a permis d'identifier différentes EST présentant des similitudes de séquence avec les protéines TONl, et en particulier une EST isolée chez le riz (numéro d'identification : D39592) homologue de ces séquences. Le clone correspondant (S1091) fourni par MAFF DNA Bank (1-2, 2-chome, Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305, JAPON), s'est avéré correspondre après sequençage, à un ADNc complet de 1083 pb, codant pour une protéine de 261 acides aminés.The sequence obtained was compared with banks of "EST" (Expressed Sequence Tag). This comparison made it possible to identify different ESTs having sequence similarities with the TON1 proteins, and in particular an EST isolated in rice (number identification: D39592) homolog of these sequences. The corresponding clone (S1091) supplied by MAFF DNA Bank (1-2, 2-chome, Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305, JAPON), was found after sequencing, to a complete cDNA of 1083 bp, coding for a protein of 261 amino acids.
La position des introns et des exons a été définie d'une part grâce au logiciel NETPLANTGENE [HEBSGAARD et al . , Nucleic Acids Res . , 24, 3439-3452 (1996)] et d'autre part grâce à des comparaisons avec les séquences d'ADNc isolés à partir d'une banque d ' Arabidopsis [QUAEDVLIEG et al . , Plan t Cel l , 7, (1) , 117-129 (1995)] et les séquences de produits de 3 ' RACE PCR isolés (cf exmple 4 ci-dessous) à partir des amorces P5 et P8 (Marathon cDNA amplification Kit ; CLONTECH) .The position of introns and exons was defined on the one hand using the NETPLANTGENE software [HEBSGAARD et al. , Nucleic Acids Res. , 24, 3439-3452 (1996)] and on the other hand thanks to comparisons with the cDNA sequences isolated from a library of Arabidopsis [QUAEDVLIEG et al. , Plan t Cel l, 7, (1), 117-129 (1995)] and the sequences of 3 'RACE PCR products isolated (see example 4 below) from primers P5 and P8 (Marathon cDNA amplification Kit ; CLONTECH).
La structure et la séquence des gènes TONNEAUl d' Arabidopsis sont représentés sur les figures 2 et 3. Légende de la figure 2 :The structure and the sequence of the TONNEAU1 genes of Arabidopsis are represented in FIGS. 2 and 3. Caption of FIG. 2:
La Figure 2 schématise la structure des 2 gènes TONNEAUl ; la délétion de 1,4 kpb au point d'insertion de l'ADN-T chez le mutant tonl est représentée par une double flèche noire. Les deux gènes TONla et TONlb sont représentés par des flèches noires. Ces 2 gènes sont séparés de 220 pb.Figure 2 shows schematically the structure of the 2 TONNEAUl genes; the 1.4 kbp deletion at the T-DNA insertion point in the tonl mutant is represented by a double black arrow. The two genes TONla and TONlb are represented by black arrows. These 2 genes are separated by 220 bp.
Les exons sont représentés par des boîtes noires. Les zones hachurées correspondent aux séquences transcrites non traduites. La localisation et la taille des introns et des exons est très conservée, excepté pour le sixième intron du gène TONla qui est absent dans le gène TONlb .Exons are represented by black boxes. The hatched areas correspond to the untranslated transcribed sequences. The location and size of introns and exons is very conserved, except for the sixth intron of the TONla gene which is absent in the TONlb gene.
Les positions des sites donneurs et accepteurs d'épissage sont représentés par des crochets. Les chiffres associés correspondent à la probabilité que la séquence détectée soit un site d'épissage.The positions of the donor and acceptor splice sites are represented by square brackets. The associated figures correspond to the probability that the detected sequence is a splicing site.
Les pointes de flèches indiquent la position des différentes amorces utilisées au cours de la caractérisation des mutants tonl. Les pointes de flèches noires correspondent aux amorces définies et les pointes de flèches grises correspondent aux séquences homologues aux amorces définies. Les tailles des fragments d'amplification correspondants sont également indiquées.The arrowheads indicate the position of the different primers used during the characterization of the ton1 mutants. The black arrowheads correspond to the defined primers and the gray arrowheads correspond to the sequences homologous to the defined primers. The sizes of the corresponding amplification fragments are also indicated.
La séquence du fragment de 7,1 kpb isolé à partir du BAC 2F19 est représentée dans la liste de séquences en annexe sous le numéro SEQ ID NO :1, ainsi que sur la Figure 3 (3a à 3k) . Légende de la figure 3 :The sequence of the 7.1 kbp fragment isolated from BAC 2F19 is shown in the list of sequences in the appendix under the number SEQ ID NO: 1, as well as in Figure 3 (3a to 3k). Figure 3 legend:
Les acides aminés correspondant aux exons sont figurés en capitales.The amino acids corresponding to the exons are shown in capitals.
Les séquences d'ADNc isolés à partir de la banque d ' Arabidopsis, l'ADNc de riz (S1091) , et les séquences de produits de 3 ' RACE PCR isolés à partir des amorces P5 et P8 sont respectivement indiquées en caractères gras, en caractères surlignés en grisé, et en caractères italiques.The cDNA sequences isolated from the Arabidopsis library, the rice cDNA (S1091), and the 3 'RACE PCR product sequences isolated from the primers P5 and P8 are indicated in bold, respectively. characters highlighted in gray, and in italics.
Les séquences soulignées correspondent aux différentes amorces PCR. Les amorces dont le nom est représenté en italique correspondent aux séquences homologues aux amorces définies à partir de la séquence. Les boites correspondent aux sites de polyadénylation des ADNc. Les boites hachurées correspondent au début et à la fin de la délétion induite par l'insertion d'ADN-T.The underlined sequences correspond to the different PCR primers. The primers whose name is shown in italics correspond to the sequences homologous to the primers defined from the sequence. The boxes correspond to the polyadenylation sites of the cDNAs. The hatched boxes correspond to the beginning and the end of the deletion induced by the insertion of T-DNA.
Les résultats présentés sur les Figures 2 et 3, montrent que les deux gènes TONla et TONlb sont positionnés en tandem direct et séparés par 220 pb. Le gène TONla se compose de 8 exons d'une taille moyenne de 98 nucléotides ; la taille moyenne des introns est de 168 pb. Le gène TOΝlb se compose de 7 exons d'une taille moyenne de 110 nucléotides ; la taille moyenne des introns est de 214 pb.The results presented in FIGS. 2 and 3 show that the two genes TONla and TONlb are positioned in direct tandem and separated by 220 bp. The TONla gene consists of 8 exons with an average size of 98 nucleotides; the average size of the introns is 168 bp. The TOΝlb gene consists of 7 exons with an average size of 110 nucleotides; the average size of the introns is 214 bp.
La comparaison des séquences de type sauvage et de type mutant montre que la délétion induite par l'insertion d'ADΝ-T affecte les deux gènes TOΝla et TO-Vlb. Elle a induit la disparition de la partie C- terminale de la protéine TOΝla (correspondant aux 97 derniers acides aminés) et de la partie Ν-terminale de la protéine TOΝlb (correspondant aux 29 premiers acides aminés) . De plus, la comparaison entre les séquences flanquant les insertions d'ADΝ-T et la région contenant les gènes TONNEAUl confirme que l'insertion (et les remaniements chromosomiques associés) n'ont pas induit d'autres modifications de la séquence nucléotidique .The comparison of the wild type and mutant type sequences shows that the deletion induced by the insertion of ADΝ-T affects the two genes TOΝla and TO-Vlb. It induced the disappearance of the C-terminal part of the TOΝla protein (corresponding to the last 97 amino acids) and the Ν-terminal part of the TOΝlb protein (corresponding to the first 29 amino acids). Furthermore, the comparison between the sequences flanking the ADΝ-T insertions and the region containing the TONNEAU1 genes confirms that the insertion (and the associated chromosomal rearrangements) did not induce other changes in the nucleotide sequence.
EXEMPLE 4 : EXPRESSION DES GÈNES TON1A ET TON1BEXAMPLE 4: EXPRESSION OF THE GENES TON1A AND TON1B
L'organisation génomique de la région affectée par l'insertion d'ADN-T chez les mutants tonneaul est singulière puisqu'elle contient un gène dupliqué en tandem direct. La question de la fonctionnalité et de l'expression simultanée (ou non) de ces gènes se pose. Le criblage d'une banque d'ADNc (environ 500 000 clones) a permis d'isoler quatre clones indépendants. Après analyse et sequençage, tous les quatre se sont avérés correspondre au gène TO lb.The genomic organization of the region affected by the insertion of T-DNA in tonneaul mutants is unique since it contains a gene duplicated in direct tandem. The question of the functionality and the simultaneous expression (or not) of these genes arises. Screening of a cDNA library (approximately 500,000 clones) made it possible to isolate four independent clones. After analysis and sequencing, all four were found to correspond to the TO lb gene.
Parallèlement au criblage de cette banque, des réactions de RACE PCR ont été effectuées. Cette méthode permet d'isoler par amplification par PCR les parties 3' ou 5 ' d'un transcrit (même faiblement exprimé) à partir d'une amorce interne au gène d'intérêt et d'une amorce positionnée sur un adaptateur ligué aux extrémités de l'ADNc synthétisé. Les amplifications ont été réalisées sur des ADNc produits à partir d'ARN messagers isolés à partir de plantules de l'écotype S âgées de 5 jours. Les réactions de 3' RACE ont été effectuées à partir des amorces P5 et P8. La partie 3' des deux gènes a ainsi pu être obtenue. La partie 3' du gène TON la a été isolée par amplification à partir de l'amorce P8 alors que celle du gène TONlb a été obtenue à partir de l'amorce P5. Les amplifications ainsi obtenues démontrent que les deux gènes TO-vla et TONlb sont exprimés chez les plantules âgées de 5 jours. Les différentes séquences correspondant aux produits de RACE PCR, aux ADNc de riz et d ' Arabidopsis , et les séquences déduites à partir de la séquence génomique ont été comparées . Les résultats de ces alignements sont reportés sur la Figure 4. Les analyses d'alignement de séquence ont été réalisées grâce à la fonction Pileup du logiciel GCG ( isconsin Package Version 9.0, Genetics Computer Group, Inc. (GCG) Madison Wisc, USA). Les recherches d'homologie ont été établies par le logiciel SeqVu 1.1 (The Garvan Institute of Médical Research, Sydney, Australia) à partir de la méthode GES . Les cases grisées représentent les acides aminés identiques Les cases blanches à l'intérieur des blocs représentent les acides aminés homologues .In addition to screening this bank, RACE PCR reactions were carried out. This method makes it possible to isolate by PCR amplification the 3 ′ or 5 ′ parts of a transcript (even if weakly expressed) from a primer internal to the gene of interest and from a primer positioned on an adapter ligated at the ends. synthesized cDNA. The amplifications were carried out on cDNAs produced from messenger RNA isolated from seedlings of the S ecotype 5 days old. The 3 'RACE reactions were carried out using primers P5 and P8. The 3 'part of the two genes was thus obtained. The 3 'part of the TON 1a gene was isolated by amplification from the primer P8 while that of the TON1b gene was obtained from the primer P5. The amplifications thus obtained demonstrate that the two genes TO-vla and TONlb are expressed in seedlings 5 days old. The different sequences corresponding to RACE PCR products, to rice and Arabidopsis cDNAs, and the sequences deduced from the genomic sequence were compared. The results of these alignments are shown in Figure 4. The sequence alignment analyzes were performed using the Pileup function of the GCG software. (isconsin Package Version 9.0, Genetics Computer Group, Inc. (GCG) Madison Wisc, USA). The homology searches were established by SeqVu 1.1 software (The Garvan Institute of Medical Research, Sydney, Australia) using the GES method. The gray boxes represent the identical amino acids The white boxes inside the blocks represent the homologous amino acids.
Les séquences traduites correspondent respectivement à l 'ADNc isolé chez le riz { tonlriz .p) , aux séquences déduites à partir de la séquence génomique d 1 Arabidopsis ( tonla .p et tonlbg.p) et de l'ADNc isolé dans la banque d ' Arabidopsis ( tonlbc .p) .The translated sequences correspond respectively to the cDNA isolated in rice (tonlriz .p), to the sequences deduced from the genomic sequence of 1 Arabidopsis (tonla .p and tonlbg.p) and the cDNA isolated in the bank of 'Arabidopsis (tonlbc .p).
Ces résultats montrent que les séquences isolées par RACE PCR (écotype WS) sont parfaitement identiques à celles déduites de la séquence nucléotidique isolée à partir du BAC (écotype ColO) . Les séquences protéiques correspondant aux gènes TO-Vla et TOWlb présentent un fort taux d'identité (80%). Le niveau d'identité atteint 96% sur les trois premiers exons. Un fort niveau d'identité (67%) et d'homologie (79%) est également obtenu entre les séquences protéiques correspondant au gène TOItfla et à l'ADNc isolé chez le riz. Ces niveaux d'identité et d'homologie sont légèrement inférieurs dans le cas de la protéine TONlb.These results show that the sequences isolated by RACE PCR (WS ecotype) are perfectly identical to those deduced from the nucleotide sequence isolated from the BAC (ColO ecotype). The protein sequences corresponding to the TO-Vla and TOWlb genes have a high identity rate (80%). The level of identity reaches 96% on the first three exons. A high level of identity (67%) and homology (79%) is also obtained between the protein sequences corresponding to the TOItfla gene and to the cDNA isolated from rice. These levels of identity and homology are slightly lower in the case of the TONlb protein.
La figure 5 représente la comparaison des séquences protéiques déduites des gènes TONNEAUl , du gène orthologue chez le riz, et de plusieurs EST homologues de mammifères ou de parasites (identifiées comme décrit à 1' exemple 3) .FIG. 5 represents the comparison of the protein sequences deduced from the TONNEAU1 genes, from the orthologous gene in rice, and from several ESTs homologous to mammals or parasites (identified as described in Example 3).
EXEMPLE 5 : COMPLÉMENTATION DES MUTANTS TON!EXAMPLE 5: COMPLEMENTATION OF TON MUTANTS!
Pour confirmer la relation directe entre l'insertion d'ADN-T et le phénotype mutant ton! on a procédé à la complémentation des mutants par introduction d'une copie de type sauvage du gène TONNEAUl . Pour ce faire, plusieurs constructions ont été réalisées en utilisant comme vecteur le plasmide binaire pZPHYG. Ce plasmide dérive du vecteur PZP200 [HAJDUKIEWICZ et al . , Plant Mol . Biol . , 25, 989-994 (1994)] dans lequel a été introduit le gène codant pour 1 ' hygromycine B phosphotransférase (HPT) . Ce gène, sous contrôle des promoteurs et terminateurs de la nopaline synthase issu du plasmide pGDW32 [WING et al ., Mol . Gen . Genêt . , 219, 9-16, (1992)] confère aux plantes la résistance à 1 ' hygromycine . Ces constructions sont représentées sur laTo confirm the direct relationship between the insertion of T-DNA and the tone mutant phenotype! the mutants were complemented by the introduction of a wild type copy of the TONNEAU1 gene. To do this, several constructions were carried out in using as vector the binary plasmid pZPHYG. This plasmid is derived from the vector PZP200 [HAJDUKIEWICZ et al. , Plant Mol. Biol. , 25, 989-994 (1994)] into which the gene coding for hygromycin B phosphotransferase (HPT) has been introduced. This gene, under the control of promoters and terminators of nopaline synthase derived from the plasmid pGDW32 [WING et al., Mol. Gen. Broom. , 219, 9-16, (1992)] gives plants resistance to hygromycin. These constructions are represented on the
Figure 6.Figure 6.
Les constructions 1 et 2 contiennent les fragments génomiques de 12 kpb ( Sall /Xhol ) et de 7,2 kpb ( Sall PvuII ) isolés à partir du BAC 2F19 et correspondant respectivement aux deux gènes TONla et TONlb ou au gène TONla. Ces gènes TONNEAUl sont représentés sur la Figure 6 par des flèches noires.Constructions 1 and 2 contain the 12 kbp (Sall / Xhol) and 7.2 kbp (Sall PvuII) genomic fragments isolated from BAC 2F19 and corresponding respectively to the two TONla and TONlb genes or to the TONla gene. These TONNEAU1 genes are represented in Figure 6 by black arrows.
La construction 1 contient les deux gènes TONla et TONlb (fragment Sall-Xhol ) alors que la construction 2 ne contient que le gène TONla (fragment Sali- PvuI I ) .Construction 1 contains the two TONla and TONlb genes (Sall-Xhol fragment) while construction 2 contains only the TONla gene (Sali-PvuI I fragment).
La construction 3 a été réalisée à partir de l'ADNc du gène TONlb pleine longueur issu de la banque d ' Arabidopsis . Cet ADNc a été clone entre le promoteur doublé du virus de la mosaïque du chou-fleur (Prom70 CAMV) et le terminateur du virus de la mosaïque du chou- fleur (Ter CAMV) issus du plasmide pJIT60 [GUERINEAU et al., Plant Mol . Biol . 18(4), 815-818 (1992)].Construction 3 was carried out from the cDNA of the full-length TONlb gene from the Arabidopsis library. This cDNA was cloned between the double promoter of the cauliflower mosaic virus (Prom70 CAMV) and the terminator of the cauliflower mosaic virus (Ter CAMV) derived from the plasmid pJIT60 [GUERINEAU et al., Plant Mol . Biol. 18 (4), 815-818 (1992)].
Un témoin négatif de complémentation (vecteur binaire seul), a également été utilisé afin d'évaluer l'effet de l'infiltration sur les fréquences de ségrégation de la mutation TONNEAUl et ainsi obtenir des mutants portant le gène de résistance à 1 ' hygromycine.A negative complementation control (binary vector only) was also used to evaluate the effect of infiltration on the segregation frequencies of the TONNEAUl mutation and thus to obtain mutants carrying the gene for resistance to hygromycin.
Ces constructions ont été introduites dans la souche d' Agrobacterium tumefaciens C58C1, pMP90 [KONCZ et SCHELL, Mol . Gen . Genêt , 204, 383-396 (1986)] par électroporation. Les souches recombinantes ont été utilisées pour transformer des plantes d ' Arabidopsis hétérozygotes pour la mutation tonl.These constructs were introduced into the Agrobacterium tumefaciens C58C1 strain, pMP90 [KONCZ and SCHELL, Mol. Gen. Genêt, 204, 383-396 (1986)] by electroporation. The recombinant strains were used to transform plants of Arabidopsis heterozygous for the ton1 mutation.
Deux séries d'infiltrations (transformation in planta ) [BECHTOLD et al.., C. R . Acad. Sci . Paris , 316, 1194-1200, (1993)] portant sur 75 plantes hétérozygotes pour la mutation tonneaul et 50 plantes de type sauvage ont été réalisées pour chacune des constructions. Les plantes (TO) ont été récoltées et les transformants primaires (Tl) semés in vi tro . Les graines issues de plantes hétérozygotes pour la mutation TONNEAUl ont subi une double sélection. Ainsi, les semis ont été effectués sur hygromycine (75 μg/ml) , et après une semaine de culture, les plantules résistantes ont été repiquées sur milieu contenant de la kanamycine (100 μg/ml) . Les plantules présentant une résistance aux deux agents de sélection ont été repiquées en serre. La descendance de ces plantes (T2) a été utilisée pour les analyses génétiques de complémentation. Parallèlement, des plantes de type sauvage (WS) ont été traitées suivant ce même protocole (excepté pour la sélection des transformants qui ne se fait que sur hygromycine) .Two series of infiltrations (transformation in planta) [BECHTOLD et al .., C. R. Acad. Sci. Paris, 316, 1194-1200, (1993)] relating to 75 heterozygous plants for the tonneaul mutation and 50 wild type plants were produced for each of the constructions. The plants (TO) were harvested and the primary transformants (Tl) sown in vitro. The seeds from heterozygous plants for the TONNEAUl mutation were subjected to a double selection. Thus, the sowing was carried out on hygromycin (75 μg / ml), and after one week of culture, the resistant seedlings were transplanted onto medium containing kanamycin (100 μg / ml). The seedlings showing resistance to the two selection agents were transplanted in the greenhouse. The progeny of these plants (T2) were used for genetic complementation analyzes. At the same time, wild type plants (WS) were treated according to this same protocol (except for the selection of transformants which is done only on hygromycin).
Les plantules Tl sélectionnées dans une fraction (1/8) de la descendance de plantes infiltrées (plantes hétérozygotes pour la mutation tonl ) se répartissent ainsi : 22 et 31 pour les constructions 1 et 2, 43 pour la construction 3, et 15 pour la construction 4. Les différentes plantules transférées en serre présentaient un phénotype sauvage lors du repiquage excepté pour l'une d'entre elles (obtenue à partir de la construction 3) .The Tl seedlings selected in a fraction (1/8) of the progeny of infiltrated plants (heterozygous plants for the tonl mutation) are distributed as follows: 22 and 31 for constructions 1 and 2, 43 for construction 3, and 15 for the construction 4. The different seedlings transferred to the greenhouse had a wild phenotype during transplanting, except for one of them (obtained from construction 3).
Après quelques semaines de culture en serre, deux plantes présentant un défaut de développement ont été isolées parmi les plantes ayant un phénotype sauvage lors du repiquage. Ces transformants obtenus à partir de la construction 3, présentaient un accroissement du diamètre et une forte réduction de l'elongation des hampes florales ainsi qu'un "gaufrage" des feuilles. Lors de la floraison, les premières fleurs et les premières siliques mises en place semblaient peu affectées ; cependant, les fleurs produites ultérieurement présentaient un phénotype de plus en plus affecté aboutissant à des fleurs quasiment identiques aux fleurs de type tonneau (réduction de la taille des organes floraux, déformation et raccourcissement de plus en plus important des siliques) . A la différence des fleurs, les pédoncules floraux n'étaient que très peu affectés. Après deux mois de culture, les hampes florales présentaient des blessures (éclatement des tiges) et un accroissement du diamètre dans la partie apicale. Ces plantes présentant une altération du développement ont été isolées dans la descendance des plantes hétérozygotes pour la mutation tonl et transformées avec la construction 3. Aucune plante présentant un phénotype semblable n'a été observée parmi les transformants obtenus avec les autres constructions ou dans la descendance des plantes de type sauvage (même transformées avec la construction 3) .After a few weeks of cultivation in a greenhouse, two plants showing a developmental defect were isolated among the plants having a wild phenotype during transplanting. These transformants obtained from construction 3, presented an increase in the diameter and a strong reduction in the elongation of the flower stalks as well as an "embossing" of the leaves. During flowering, the first flowers and the first pods placed seemed little affected; however, the flowers produced subsequently presented an increasingly affected phenotype, leading to flowers almost identical to barrel-type flowers (reduction in the size of the floral organs, deformation and shortening of the pods more and more important). Unlike the flowers, the floral peduncles were only slightly affected. After two months of cultivation, the flower stalks showed wounds (bursting of the stems) and an increase in diameter in the apical part. These developmentally impaired plants were isolated from the progeny of plants heterozygous for the tonl mutation and transformed with construct 3. No plants with a similar phenotype were observed among the transformants obtained with the other constructs or in the progeny wild type plants (even transformed with construction 3).
La structure allélique pour la mutation tonla été testée par des amplifications par PCR chez ces plantes. Les amplifications réalisées à partir d'une amorce spécifique localisée à l'intérieur de la délétion et une amorce à l'extérieur de la délétion montrent que les plantules sont de génotype mutant.The allelic structure for the ton1 mutation was tested by PCR amplifications in these plants. Amplifications carried out using a specific primer located inside the deletion and a primer outside the deletion show that the seedlings are of mutant genotype.
La présence d'insertions d'ADN-T portant l'ADNc TONlb a également été testée par amplification par PCR. Les amorces P5 et P10 amplifient chez ces plantes un fragment de 950 pb correspondant à la taille attendue pour une amplification à partir d'un ADNc TON1. Un fragment de taille identique a également été amplifié à partir de l'ADN des différents transformants obtenus par infiltration avec la souche bactérienne contenant la construction 3. Ces plantes à phénotype intermédiaire correspondent donc à une restauration partielle du phénotype ton . Certaines plantes de phénotype sauvage ont une descendance homogène kanamycine-résistante, elles sont porteuses d'une insertion ADN-T au locus TON à l'état homozygote, cependant dans leur descendance des plantes de phénotype ton sont observées. Ces plantes sont des mutants restaurés par la présence d'un gène TON fonctionnel ce qui confirme la nature des deux gènes candidats identifiés, cibles de la mutation. The presence of T-DNA insertions carrying the TON1b cDNA was also tested by PCR amplification. The primers P5 and P10 amplify in these plants a fragment of 950 bp corresponding to the size expected for amplification from a TON1 cDNA. A fragment of identical size was also amplified from the DNA of the different transformants obtained by infiltration with the bacterial strain containing the construction 3. These plants with an intermediate phenotype therefore correspond to a partial restoration of the tone phenotype. Certain plants of wild phenotype have a homogeneous kanamycin-resistant progeny, they carry a T-DNA insertion at the TON locus in the homozygous state, however in their progeny plants of the ton phenotype are observed. These plants are mutants restored by the presence of a functional TON gene which confirms the nature of the two identified candidate genes, targets of the mutation.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé pour contrôler la division et/ou l'elongation de cellules eucaryotes, et en particulier de cellules végétales, caractérisé en ce que l'on modifie l'expression et/ou l'activité d'une protéine de type TONNEAUl dans lesdites cellules.1) Method for controlling the division and / or elongation of eukaryotic cells, and in particular of plant cells, characterized in that the expression and / or activity of a protein of the TONNEAUl type is modified in said cells.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie l'expression et/ou l'activité de ladite protéine par mutagenèse d'un gène de type TONNEAUl .2) Method according to claim 1, characterized in that one modifies the expression and / or the activity of said protein by mutagenesis of a gene of TONNEAUl type.
3) Séquence d'acide nucléique susceptible d'être obtenue par mutagenèse de la séquence d'un gène de type TONNEAUl .3) Nucleic acid sequence capable of being obtained by mutagenesis of the sequence of a TONNEAUl type gene.
4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie l'expression de ladite protéine de type TONNEAUl en exprimant au moins une séquence dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl sous contrôle transcriptionnel de séquences appropriées. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite séquence dérivée est une séquence codant pour une protéine de type TONNEAUl.4) Method according to claim 1, characterized in that the expression of said protein of type TONNEAUl is modified by expressing at least one sequence derived from all or part of the sequence of a gene of type TONNEAUl under transcriptional control of appropriate sequences. 5) Method according to claim 4, characterized in that said derived sequence is a sequence coding for a protein of type TONNEAUl.
6) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite séquence dérivée est une séquence antisens.6) Method according to claim 4, characterized in that said derived sequence is an antisense sequence.
7) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite séquence dérivée est une séquence mutante selon la revendication 3.7) Method according to claim 4, characterized in that said derived sequence is a mutant sequence according to claim 3.
8) Utilisation d'une séquence d'acide nucléique dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl pour l'obtention d'un produit permettant de modifier l'expression et/ou l'activité d'une protéine de type TONNEAUl dans des cellules eucaryotes . 9) Construction d'ADN recombinant contenant au moins une séquence d' acide nucléique dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié.8) Use of a nucleic acid sequence derived from all or part of the sequence of a TONNEAUl type gene for obtaining a product making it possible to modify the expression and / or the activity of a protein TONNEAUl type in eukaryotic cells. 9) Construction of recombinant DNA containing at least one nucleic acid sequence derived from any or part of the sequence of a TONNEAUl type gene under transcriptional control of an appropriate promoter.
10) Construction d'ADN recombinant selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit promoteur est un promoteur inductible, et/ou tissu-spécifique.10) Construction of recombinant DNA according to claim 9, characterized in that said promoter is an inducible promoter, and / or tissue-specific.
11) Cellule transformée par une séquence d'acide nucléique dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl .11) Cell transformed by a nucleic acid sequence derived from all or part of the sequence of a TONNEAUl type gene.
12) Cellule selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une cellule de plante.12) Cell according to claim 11, characterized in that it is a plant cell.
13) Plante transgénique, transformée par une séquence d'acide nucléique dérivée de tout ou partie de la séquence d'un gène de type TONNEAUl .13) Transgenic plant, transformed by a nucleic acid sequence derived from all or part of the sequence of a gene of TONNEAUl type.
14) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie l'expression de la protéine de type TONNEAUl en utilisant au moins un produit inhibiteur ou activateur de ladite protéine.14) Process according to claim 1, characterized in that the expression of the TONNEAUl type protein is modified by using at least one inhibitor or activator product of said protein.
15) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pour contrôler la taille d'une plante, ou d'au moins un organe de celle- ci. 15) Method according to claim 1, characterized in that it is implemented to control the size of a plant, or at least one organ thereof.
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