Expression spécifique des gènes de terpènes synthases dans le trichome La partie promotrice des gènes est responsable en grande partie de leur profil d’expression

Cette expression sera soit constitutive grâce à un promoteur dit constitutif (expression dans tous les tissus) soit spécifique de certains tissus, organes ou cellules voire dépendant d’un processus d’induction (lumière, blessure, traitement chimique). La spécificité peut être assurée de deux manières. Une première possibilité est qu’un facteur de transcription activateur qui s’exprime dans les cellules du tissus va reconnaître et se fixer sur l’élément cis- activateur du promoteur permettant une expression spécifique dans ces cellules. Une seconde possibilité est qu’un facteur répresseur tissu-spécifique peut se fixer à son élément cis-silencer près de la séquence activatrice, rendant l’élément cis-activateur inaccessible à son facteur de transcription (Lewin et Sanlaville, 1999).

A. Eléments cis-régulateurs des promoteurs spécifiques des trichomes

Cette notion désigne un promoteur qui est principalement actif dans des trichomes uni ou pluricellulaires bien qu’une expression résiduelle dans les autres types cellulaires (épiderme, racines) est également possible. Wang et al., 2002 ont découvert que la séquence régulatrice (1852 pb) du gène de CYP71D76 permet de diriger l’expression du gène rapporteur GUS spécifiquement dans les cellules sécrétrices des trichomes de N.tabacum. Dans la littérature, d’autres cas concernent l’analyse de promoteurs des gènes de protéines impliquées dans le transfert des lipides (LTP) chez le coton. Ainsi la séquence régulatrice (1548pb) de LTP3 fusionnée à un gène GUS a été transformée dans le tabac. L’analyse montre, qu’au stade de plantule, il y a une expression dans les trichomes de feuilles et une absence d’expression dans les cellules épidermiques.

Il semblerait qu’une séquence de 315 pb (non identifiée précisément), entre les positions -614 et -300 en amont de l’ATG soit responsable de la spécificité cellulaire du promoteur (Hsu et al., 1999 . Liu et al., 2000).

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Le promoteur du gène de LTP6 permettrait également une expression spécifique dans les trichomes de tabac. Cependant l’expression se localise non pas dans les cellules sécrétrices mais dans les cellules basales (Hsu et al., 1999) (Figure 15A). En 2007, Delaney et al., montrent que la fusion transcriptionelle FSltp4 entraîne une expression du rapporteur GUS dans tous les types de trichomes. Par ailleurs, la fusion du promoteur (2062 bp) du gène de GaMYB2 (homologue d’AtGL1) avec le gène rapporteur GUS montre une expression dans les cellules en développement des fibres de Gossypium hirsutum et dans les trichomes des bractées, feuilles et tiges (Shangguan et al., 2008). En revanche l’expression du gène GUS pour la même construction est spécifique du trichome chez N.tabacum, et A.thaliana. La coloration bleue est observée seulement dans les trichomes glandulaires sécréteurs de N.tabacum (Shangguan et al., 2008). Ces études montrent la complexité de la régulation transcriptionnelle de ces promoteurs avec notamment des différences d’une espèce à une autre, d’un stade de développement à un autre et même d’un type de trichome à un autre.

Cependant, l’espèce Nicotiana reste le point commun de toutes ces études puisqu’il semble être un modèle favorable à ces analyses transcriptionnelles. Des études de délétions effectuées notamment pour le promoteur de CYP71D16 ont permis de montrer une diminution progressive de l’intensité d’expression du gène rapporteur GUS dans les trichomes mais jamais une absence totale de coloration (Wang et al., 2002). Les prédictions bioinformatiques ont révélé la présence d’éléments cis de type MYB dont six sont retrouvés sur le promoteur CYP71D16 (Wang et al., 2002). Dans ce cas il est suggéré que la séquence MYB-like CAACAG serait responsable de la spécificité trichome. La spécificité trichome peut s’appliquer pour une molécule lorsqu’elle est sécrétée par un type de trichomes sur une feuille de Nicotiana. Ainsi, la fusion du promoteur des phylloplanines au gène rapporteur GUS ou GFP montre une expression seulement dans les petits trichomes glandulaires (SGTs) (Sheperd et al., 2005). Concernant les promoteurs non impliqués dans la biosynthèse des terpènes comme celui GaMyb2, il a été identifié également des éléments cis de type MYB et de type HbH avec notamment la fixation du facteur GL3 par crible simple hybride sur une séquence T/Gbox du promoteur GaMyb2 (Shangguanet al., 2008). Enfin, une analyse du promoteur de GaRDL1 montre la présence d’une L1-box et d’une séquence core-MYB qui confèrent une expression spécifique dans les trichomes à ce promoteur (Figure 15D).

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La mutation de l’un ou l’autre de ces éléments entraîne en effet une réduction de l’activité du promoteur de GaDRL1 dans les trichomes tecteurs d’Arabidopsis thaliana.

Figure 15 : Expression de différents promoteurs hétérologues dans les trichomes de Nicotiana tabbacum:

A : TGSs exprimant pLTP6-GUS (coton) (Chuan et al., 1999) ; B : pATP-GUS (menthe) (Gutiérrez et al., 2005) ; C : pI2b-GUS (Solanum Americanum) (Liu et al., 2006) ; D : pGaMyB2-GUS (coton) (Shangguan et al., 2008).

B. Facteurs trans-régulateurs des promoteurs spécifiques des trichomes

Le fonctionnement d’un promoteur va aussi dépendre des facteurs trans qui reconnaissent les éléments cis. Par exemple le facteur de transcription GL3 reconnaît un site sur le promoteur du gène GaMYb2 du coton (Shangguan et al., 2008). Sur ce même promoteur, une autre séquence est reconnue par un autre facteur de transcription TT8 impliqué dans la biosynthèse d’antocyanine des flavonoïdes (Payne et al., 2000 ;Zang et al., 2003 ; Ramsay et Glover, 2005). Aussi un même promoteur peut être régulé par un facteur lié au développement et un facteur lié au métabolisme. Les mêmes questions se posent pour la régulation transcriptionnelle des gènes du métabolisme terpénique des TGS de Nicotiana, que ce soit le cytochrome P450 (CYP71D16) ou la Cembratriène-diol-synthase. Peu de réponses sont disponibles dans la littérature scientifique, seules des hypothèses ont été proposées à partir des analyses bioinformatique (Wang et al., 2002). La mise en évidence de ces facteurs régulateurs est importante au niveau fondamental. Par ailleurs, ils pourraient constituer un outil moléculaire favorable à l’amélioration des procédés bio-industriels de production des molécules d’intérêt. En 2007, Delaney et al, montrent que la fusion transcriptionnelle FSltp4 (coton) avec le gène rapporteur GUS entraîne une coloration bleue dans tous les types de trichomes de N.tabaccum. Par une analyse des délétions, les auteurs ont identifié une séquence de 84pb nécessaire à la spécificité cellulaire. En utilisant cette séquence comme cible, ils ont isolé la protéine GhAT1 lors d’un crible simple hybride.

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GhAT1 est impliqué dans la régulation transcriptionnelle de plusieurs promoteurs dans les plantes (Tjaden et Coruzzi 1994, Reisdorf-Cren et al., 2002, Matsushita et al., 2007). La surexpression de 35S::GhAT1 dans les lignées FSltp4 ::GUS montre une absence de coloration dans la plupart des trichomes. Par ailleurs, ceci s’accompagne d’une baisse du niveau de la protéine FSltp4 dans les plantes de tabac transgéniques (Figure 15C).