Characterization of a new dominant Andromonoecy-causing locus in Cucumis Melo
Institution:
université Paris-SaclayDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In plants, sex determination leads to the development of unisexual flowers from an originally bisexual floral meristem. This favorable evolutionary mechanism has resulted in enhancement of outcrossing and genetic variability promotion. In melon, different sexual forms are controlled by identity of the alleles at 3 major loci Androecious (A) gynoecious (G) and andromonoecious (M). Previously it was demonstrated that M gene encodes an ethylene biosynthesis enzyme, CmACS-7, that represses stamen development in female flowers. CmACS-7 loss of function leads to stamen growth and consequently to andromonoecious phenotype. However, worldwide germplasm screening identified natural andromonoecious accessions that were wild type for the M locus. This finding implies the involvement of a new sex determination locus, that we named M2. Here we aim to isolate and characterize the M2 gene. Using combination of genetic, genomic and cellular biology approaches, we showed that M2 gene suppresses stamen development. Consistent with this, M2 TILLING mutants lead to the development of hermaphrodite flowers. We also showed that M2 is specifically expressed in stamen primordia and that the lack of M2 expression accounts for the function variation between monoecious and andromonoecious accessions. Using whole genome transcriptomic analysis, we were able to propose genetic and hormonal networks that could explain the mechanism by which M2 inhibits stamen development. Finally, using genetic crosses, we demonstrate that M2 acts downstream of CmACS-7.
Abstract FR:
Chez les plantes, la détermination du sexe conduit au développement de fleurs unisexuées à partir d'un méristème floral bisexué. Ce mécanisme évolutif favorise la variabilité génétique. Chez le melon, différentes formes sexuelles sont contrôlées par l'identité des allèles à 3 locus majeurs androecious (A) gynoecious (G) et andromonoecious (M). Auparavant, il a été démontré que le gène M code pour une enzyme de biosynthèse de l'éthylène, CmACS-7, qui réprime le développement des étamines dans les fleurs femelles. La perte de fonction du CmACS-7 conduit à la croissance des étamines et par conséquent au phénotype andromonoïque. Le criblage des différentes ressources génétiques a permis d’identifier des accessions naturelles andromonoïques qui étaient de type sauvage pour le locus M. Cette découverte suggère l'implication d'un nouveau locus de détermination du sexe, que nous avons nommé M2. Ici, nous visons à isoler et à caractériser le gène M2. En utilisant une combinaison d'approches de biologie génétique, génomique et cellulaire, nous avons montré que le gène M2 supprime le développement des étamines. Conformément à cela, les mutants TILLING du gène M2 conduisent au développement de fleurs hermaphrodites. Nous avons également montré que M2 est spécifiquement exprimé dans les primordia d'étamines et que l'absence d'expression de M2 induit la transition sexuelle des fleurs femelle en fleurs hermaphrodites. En utilisant l'analyse RNAseq, nous avons pu identifier des réseaux génétiques et hormonaux qui pourraient expliquer le mécanisme par lequel M2 inhibe le développement des étamines. Enfin, à l'aide de croisements génétiques, nous démontrons que M2 agit en aval de CmACS-7.