La régulation du transcriptome de la baie de vigne par la température est dépendante du cycle circadien

Markus RIENTH, Nathalie LUCHAIRE, Anne PELLEGRINO, Gilbert LOPEZ,
Marc FARNOS, Catherine ROUX, Laurent TORREGROSA, Charles ROMIEU
*Corresponding author*: M. RIENTH -  Email : markus.rienth@changins.ch

Abstract

High throughput transcriptomic studies (microarray, RNA-seq) are powerful tools to decipher changes in gene expression during fruit development and to target candidate genes involved in the plant response to environmental stresses. However, the rapid RNA turnover rate constitutes a major drawback in transcriptomic studies upon introducing sensitivity to environmental and trophic changes within one day. Thus, their precision and reproducibility highly depends on the sampling protocol. The present study aimed to test the hypothesis that fast transcriptomic changes induced by heat stress may vary during the day in microvine berries. Berry development was characterized with whole genome microarrays on microvine plants grown under fully controlled environment. Developmentally regulated transcripts could be clustered the same way independently at day and night with 20 % more transcripts identified during the night. Strikingly day-night regulation varies to a high extent between green and ripening berries. Interestingly, an important shift in the day-night regulation of secondary metabolism was observed from green to ripening berries. For the first time, the present study revealed important circadian mechanisms related to secondary metabolism changing throughout fleshy fruit development.

Keywords : berry transcriptome, circadian rhythm, temperature, microvine, transcriptome

Résumé

Les analyses transcriptomiques haut-débit (microarray, RNA) sont des outils très performants pour analyser l’expression des gènes lors du développement du fruit et pour cibler des gènes candidates impliqués dans la réponse des plantes au stress abiotiques. Néanmoins le “turnover” très rapide des molécules ARNs constitue un inconvénient majeur, car il rend ce type d’analyse très sensible aux changements trophiques et environnementaux au cours de la journée. La précision et la représentativité des analyses sont donc très dépendantes du protocole d’échantillonnage. L’objectif de cette étude était de caractériser changements transcriptomiques induits par des stress abiotiques dans la baie de la microvigne au cours de la journée. Le développement de la baie a été caractérisé avec des puces microarray (30 K - whole genome microarray) sur des plantes cultivées en conditions contrôlées (éclairement, VPD, alimentations hydrique et minérale). Des transcrits dérégulé lors du développement ont été mise en évidence pour les phases nocturnes et diurnes avec 20 % de gènes supplémentaires pour la phase nocturne. Curieusement, le set des gènes impliqués dans régulation jour/nuit évolue au cours du développement du raisin, notamment entre les stades verts et mûrs. Notamment, des différences de régulation du métabolisme secondaire ont pu être observées au cours de la maturation de la baie. Pour la première fois, cette étude met en évidence des mécanismes de régulation du métabolisme secondaire du raisin fluctuant selon un rythme circadien..

Mots-clés : développement du raisin, rythme nycthéméral, température, microvigne, transcriptome