Physiologie moléculaire du développement des embryons somatiques de pin maritime (Pinus pinaster Ait.) : approches transcriptomique et protéomique

Au cours des prochaines décennies, les besoins en bois et dérivés vont continuer à s’accroître, entrainant une pression considérable sur la production forestière. Pour le pin maritime (Pinus pinaster Ait.), espèce forestière industrielle majeure de l’Europe du Sud-ouest dont la France (un million d’hectares dans le massif aquitain), le développement de variétés génétiquement améliorées dans le cadre d'un développement durable devient indispensable. Or l’amélioration génétique des ligneux par sélection classique est un processus lent. L’association de nouvelles méthodologies de sélection et des biotechnologies, représente une nouvelle perspective pour améliorer et multiplier en grand nombre les espèces forestières. L’embryogenèse somatique, méthode de multiplication végétative la plus performante, a été développée avec succès chez de nombreux conifères. Chez le pin maritime, elle n’est pas optimisée, la limite étant le contrôle du développement des embryons somatiques (ES). Les objectifs de ce travail de thèse ont été : 1) d’étudier les mécanismes physiologiques, cellulaires et moléculaires précoces contrôlant la différenciation des ES en réponse à une disponibilité en eau réduite. 2) d’évaluer pour l'ES cotylédonaire de 12 semaines (considéré à ce jour comme « mature »), d’une part son état de maturité, d’autre part son protéome pour ensuite de les comparer à l'embryon zygotique (EZ) pour déterminer quel stade de développement de l’EZ se rapproche le plus de l'ES cotylédonaire. 1) Pour atteindre le premier objectif, le rapprochement de données de transcriptomique et de protéomique a été entrepris. Nous avons observé une réponse moléculaire et physiologique ABA-dépendante à la disponibilité réduite en eau, entrainant une transition précoce de la prolifération vers la différenciation des ES immatures (synthèse active de protéines, surexpression de protéines impliquées dans la division cellulaire, l'embryogenèse et la synthèse de l'amidon). Des voies spécifiques (synthèse de métabolites secondaires de protection, régulation du stress oxydatif) ont également été activées, apparemment pour surmonter les contraintes culturales. Enfin, une protéine de type germine, et une ubiquitine ligase apparaissent comme des marqueurs potentiels de l’embryogenèse somatique précoce du pin maritime, tandis-que la protéine phosphatase 2C (PP2C) marque potentiellement la réponse adaptative à l’environnement de culture. Chez les conifères, le rapprochement de données de transcriptomique et de protéomique est original car jamais réalisé à ce jour. Complété par des observations histologiques, biologiques et biochimiques, cela nous a permis d'obtenir une image plus globale des évènements précoces de l'embryogenèse somatique. 2) Pour atteindre le deuxième objectif, la maturité de l’ES cotylédonaire a été étudiée à différents niveaux. Les paramètres physiologiques (masse sèche et teneur en eau) et biochimiques (teneur en protéines totales et en sucres solubles) ne montrent pas de différences notables entre des ES cotylédonaires de 10, 12 ou 14 semaines de maturation. Ensuite pour comparer l’ES avec l’EZ, une méthode de classification hiérarchique ascendante (HCA) basée sur neuf variables explicatives a été utilisée, constituant une approche innovante. Ainsi, l’ES cotylédonaire de 12 semaines est similaire à l’EZ cotylédonaire frais. Leurs protéomes (gel 2D) présentent 94% d’homologie (924/976 spots). Parmi les protéines communes trouvées, trois familles de protéines ont été identifiées : les protéines de réserve, les protéines de réponse au stress et les protéines abondantes de l’embryogenèse tardive, ainsi que l’aldose réductase et l’adénosine kinase. Nous les proposons en tant que marqueurs génériques du stade cotylédonaire de l'embryogenèse tardive du pin maritime. L’ensemble des résultats contribue à une meilleure compréhension de l’embryogenèse somatique du pin maritime. L’objectif est de fournir un outil biotechnologique puissant qui permettra in fine le développement d’une production de bois forestier de façon compétitive.