Direction des sciences du vivant

Les fleurs sont une innovation cruciale du monde végétal et leur origine demeure mystérieuse. Le développement floral est contrôlé par LEAFY (LFY), un facteur de transcription original qui existait déjà chez les plantes pré-angiospermes. Le but de ma thèse a été d’étudier si l’évolution des propriétés de LFY pouvait aider à comprendre l’apparition de la structure florale.
J’ai contribué à la caractérisation structurale du domaine de liaison à l’ADN de LFY d’Arabidopsis, qui a révélé un repliement inédit contactant l’ADN sous forme coopérative (Hamès et al., 2008). Ensuite, j’ai utilisé la technique de SELEX pour isoler 500 séquences de haute affinité pour LFY et bâtir un modèle biophysique prédisant l’affinité de ce facteur pour toute séquence d’ADN. Ce modèle a été validé par des mesures in vitro et par confrontation à l’ensemble des cibles génomiques de LFY révélées par ChIP-seq. Appliqué aux génomes d’autres angiospermes, ce modèle permet de repérer les cibles de LFY au sein d’un groupe de paralogues.
LFY étant présent chez des plantes sans fleurs comme les mousses et les gymnospermes, j’ai testé par Selex si sa spécificité de liaison à l’ADN était différente chez ces plantes. Enfin, j’ai montré des corrélations d’expression entre les gènes LFY et plusieurs homologues des gènes homéotiques floraux chez la gymnosperme Welwitschia mirabilis. Après avoir établi que la technique de résonnance plasmonique de surface détectait des interactions entre une protéine et de grands fragments d’ADN (Moyroud et al., 2009), j’ai montré la capacité de LFY de Welwitschia à reconnaître les promoteurs de ses cibles potentielles, mettant ainsi en évidence l’existence d’un réseau pré-floral.

Flowers are a key innovation in plant evolution and their origin remains a mystery. LEAFY (LFY) is a unique plant transcription factor regulating floral development, but this gene predates flowers. My thesis work aimed to understand how the evolution of LFY biochemical properties could help explaining flower origins.
First, I took part in the structural characterization of LFY DNA-binding domain, revealing a novel protein fold bound to DNA as a cooperative dimer (Hamès et al., 2009). To exhaustively characterize its DNA binding specificity, I set up a SELEX experiment that yielded hundreds of sequences with high-affinity for LFY. Based on these sequences, I built a LFY binding site predictive model (position weight matrix) that I validated in vitro. This matrix led to a biophysical model, able to explain the set of genomic regions bound by LFY in vivo, as established in a ChIP-seq experiment in Arabidopsis seedlings, but also to detect functional orthologs of LFY targets genes in other angiosperms genomes.
Since LFY is present in mosses, ferns and gymnosperms that do not flower, I tested if its DNA binding specificity is different in these groups. In parallel, I uncovered correlations between the expression patterns of LFY genes and several homologs of floral homeotic genes in the gymnosperm, Welwitschia mirabilis. After demonstrating that surface plasmon resonance can be used to analyse interactions between transcription factors and entire gene promoters (Moyroud et al., 2009), I tested the interplay between LFY and its potential targets in Welwitschia and established that a pre-floral network was already at work in non-flowering plants.