The abiotic temperature stress factor is one of the most important for the plants. It may lead to the disorder of the breath process, photosynthesis, water circulation. The temperature stress transduction in the plant cell is researched. The involvement of nitric oxide (NO) and cyclic guanosine monophosphate (cGMP) in heat stress-induced signaling pathway in Arabidopsis Thaliana plants is analyzed. The 10-days germinants of Arabidopsis Thaliana of Columbia-0 ecotype are grown in the Petri dish in Murashige and Skoog medium during 10-hours-long day light in the 22 C degree temperature and polychrome white light of 150 mkE/m2s. The NO2- concentration changes are measured by immune-ferment analysis with help of Griss reagents. The cGMP concentration changes are measured with help of "cGMP Enzyme Immunoassay kit" reagents.Heat stress is shown to induce an increase in endogenous content of NO produced by nitrate reductase and NOS-like enzyme and to be followed by the activation of guanylyl cyclase and cGMP synthesis.

The involvement of nitric oxide (NO) and cyclic guanosine monophosphate (cGMP) in cold stress-induced signaling pathway in Arabidopsis thaliana were researched. 10-days seedlings of Arabidopsis thaliana of Columbia-0 ecotype were used for the experiment. The influence of low temperatures (0, 5, 10 C degrees) on endogenous formation of NO with addition of metabolism ferments and without this ferments were compared and analyzed. The influence of low temperatures on concentration of cyclic guanosine monophosphate in the seedlings of Arabidopsis thaliana was measured also. Kinetic and inhibitory analysis has shown the correlation between alteration dynamics of NO and cGMP content in the plants of Arabidopsis thaliana. Cold stress was shown to induce an increase in endogenous content of NO produced by nitrate reductase and followed by the activation of guanylyl cyclase and cGMP synthesis

In this research, growth and development of Arabidopsis thaliana seedling cotyledon and leaf were distinctly influenced by kanamycin. Contrasted against the control, cotyledon on MS with kanamycin was very small and took on etiolation, etiolation of cotyledon was serious and some even died as cultured for 10 d. Along with culture time increasing, cells in the epidermis tissue of cotyledon on MS with kanamycin were irregularly arranged, the intercellular space in the mesophyll tissue was large, and ability of cell division in the meristematic zone of shoot tip gradually weakened. In addition, it was detected that effects of kanamycin on seedling cotyledon and shoot tip exhibited reversibility to a certain extent. Accordingly, it is guessed that kanamycin may affect growth of Arabidopsis thaliana seedling cotyledon and leaf by restraining protein synthesis, and then influence growth of Arabidopsis thaliana seedling.

• ZIP transporters (ZRT, IRT‐like proteins) are involved in the transport of iron (Fe), zinc (Zn) and other divalent metal cations. The expression of IRT3, a ZIP transporter, is higher in the Zn/cadmium (Cd) hyperaccumulator Arabidopsis halleri than is that of its ortholog in Arabidopsis thaliana, which implies a positive association of its expression with Zn accumulation in A. halleri. • IRT3 genes from both A. halleri and A. thaliana functionally complemented the Zn uptake mutant Spzrt1 in Schizosaccharomyces pombe; and Zn uptake double mutant zrt1zrt2, Fe‐uptake mutant fet3fet4 and conferred Zn and Fe uptake activity in Saccharomyces cerevisiae. By contrast, the manganese (Mn) uptake mutant smf1 phenotypes were not rescued. Insufficient Cd uptake for toxicity was found. • Expression of IRT3‐green fluorescent protein (GFP) fusion proteins in Arabidopsis root protoplasts indicated localization of both IRT3 proteins in the plasma membrane. • Overexpressing AtIRT3 in A. thaliana led to increased accumulation of Zn in the shoot and Fe in the root of transgenic lines. Therefore, IRT3 functions as a Zn and Fe‐uptake transporter in Arabidopsis.

Compatible pollinations from many different taxa display nonrandom mating. Here we describe a system for examining questions of nonrandom mating in Arabidopsis thaliana. Using this system, we demonstrate that Arabidopsis thaliana displays nonrandom mating between distinct accessions. Statistical analysis of these data demonstrates aspects of both pollen competition and male-female complementarity in these matings. Cytological experiments implicate pollen germination and pollen tube growth rates as possible causal factors in these nonrandom mating efficiencies.

Small RNAs, including microRNAs (miRNAs), small interfering RNAs (siRNAs), and trans-acting siRNAs (tasiRNAs), control gene expression and epigenetic regulation. Although the roles of miRNAs and siRNAs have been extensively studied, their expression diversity and evolution in closely related species and interspecific hybrids are poorly understood. Here, we show comprehensive analyses of miRNA expression and siRNA distributions in two closely related species Arabidopsis thaliana and Arabidopsis arenosa, a natural allotetraploid Arabidopsis suecica, and two resynthesized allotetraploid lines (F₁ and F₇) derived from A. thaliana and A. arenosa. We found that repeat- and transposon-associated siRNAs were highly divergent between A. thaliana and A. arenosa. A. thaliana siRNA populations underwent rapid changes in F₁ but were stably maintained in F₇ and A. suecica. The correlation between siRNAs and nonadditive gene expression in allopolyploids is insignificant. In contrast, miRNA and tasiRNA sequences were conserved between species, but their expression patterns were highly variable between the allotetraploids and their progenitors. Many miRNAs tested were nonadditively expressed (deviating from the mid-parent value, MPV) in the allotetraploids and triggered unequal degradation of A. thaliana or A. arenosa targets. The data suggest that small RNAs produced during interspecific hybridization or polyploidization serve as a buffer against the genomic shock in interspecific hybrids and allopolyploids: Stable inheritance of repeat-associated siRNAs maintains chromatin and genome stability, whereas expression variation of miRNAs leads to changes in gene expression, growth vigor, and adaptation.

We have proposed that the polyamine spermine (Spm) functions as a signaling molecule to evoke defense reactions/cell death in avirulent pathogen-attacked tobacco plants. To understand its molecular basis in depth, Spm-responsive genes in Arabidopsis thaliana were identified by SuperSAGE analysis. Close to 90% of the Spm-responsive genes also responded during cucumber mosaic virus (CMV)-elicited hypersensitive response. Spm modulated the expression of genes of redox components, and genes involved in protein folding and secretion, protein degradation and defense. Two other prominent changes, the coordinately enhanced expression of members of the photorespiration pathway and a diversion in electron flow from the primary electron transfer chain of respiration to an alternative oxidase pathway, occurred in response to Spm. Spm activated the expression of 6 transcription factor genes including ZAT7, ZAT12, AtWRKY40 and AtbZIP60, of which the former three genes' products are currently assigned as components of H2O2 signaling pathway, suggesting the involvement of H2O2 in Spm-triggered responses. Since AtbZIP60 plays a proven master role in the unfolded protein response in Arabidopsis thaliana, it may function to control the expression of genes participating in protein folding and secretion, which were mentioned above. Spm induction and CMV-triggered up-regulation of the genes described mainly coincided and their induction was suppressed by inhibitors of Spm oxidation. Furthermore, treatment with those inhibitors prior to CMV inoculation allowed higher viral multiplication in Arabidopsis thaliana plants. These results support the existence of a Spm-signaling pathway in Arabidopsis thaliana and its significant role in defense against CMV.

PmFT, a Prunus mume ortholog of FT (FLOWERING LOCUS T) in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., was isolated and characterised to elucidate the mechanism of floral bud formation in Japanese apricot (P. mume). The Japanese apricot genome contained a single locus of PmFT. PmFT consisted of a 1,473-bp open reading frame with three introns and four exons, which encoded 174 amino acid residues. The PmFT sequence showed high identity to A. thaliana FT and to FT orthologs in other plant species. Wild-type and ft-1 strains of Arabidopsis that were transformed with 35S:PmFT showed precocious flowering, indicating that PmFT has the same function as A. thaliana FT and FT orthologs in other plant species. PmFT transcripts were found in all tissues examined, with more abundant expression observed in tissues from adult trees than from seedlings.

La variabilité naturelle dans le règne végétal est représentée par une très grande diversité de forme, couleur, taille et fonction caractéristique de chaque espèce. Au sein des espèces aussi, les individus peuvent varier au niveau morphologique, développemental et physiologique. La variabilité naturelle émergeante a permis la sélection dans le processus de domestication des espèces cultivées, sur des aspects développementaux et d’adaptation aux milieux agricoles. Cette variabilité est d’un grand intérêt évolutif et sans doute la ressource la plus importante pour la biologie végétale. L'étude de la variabilité pour les espèces cultivées a révélé une source importante d'allèles utiles pour améliorer les caractéristiques des cultures. Comprendre les mécanismes qui expliquent la variabilité phénotypique et comment elle est corrélée avec le génotype reste un défi majeur tant pour les études d'évolution que pour la recherche appliquée à l'amélioration des cultures. Néanmoins, afin d'exploiter l'immensité de la variabilité phénotypique nous devons d'abord la relier aux variations génétiques sousjacentes et, peut-être aussi à des variations épigénétiques. La connexion entre la variabilité naturelle et sa cause moléculaire ne peut être réalisée qu’en isolant les gènes qui causent cette variabilité naturelle. La plupart de la variabilité naturelle observable est quantitative, due aux effets combinés de plusieurs loci, qui sont appelés des loci quantitatifs (QTL) ou des gènes de caractères quantitatifs (QTG) selon le niveau de résolution. Ces loci affectent les caractères à des degrés divers et souvent en interaction avec l'environnement. Par conséquent, les populations en ségrégation vont souvent afficher une distribution phénotypique continue (quantitative) des caractères car plusieurs loci parentaux ont été associés aléatoirement par recombinaison résultant en des combinaisons avec des effets différents. Relier les données phénotypiques à la fonction des gènes individuels exige des approches quantitatives de la génétique. La cartographie de QTL et les études d'association sont couramment utilisées afin d'examiner les bases génétiques de la variabilité naturelle pour différents traits. La cartographie des QTL est largement utilisée pour la dissection des caractères complexes chez de nombreuses espèces, facilitée aujourd'hui par la disponibilité croissante de marqueurs moléculaire, les avancées récentes dans les projets de séquençage et l'amélioration des méthodes statistiques. Le choix des méthodes de cartographie et de la population variera selon les caractéristiques de l'espèce utilisée, par exemple la durée d’une génération et la stérilité des descendants. Un choix approprié pour les études de génétique quantitative est la crucifère sauvage Arabidopsis thaliana. Ses avantages comme espèce modèle, l'importante diversité génétique et phénotypique qui peut être observée entre les accessions ainsi que les nombreuses populations RIL développées, a conduit à son ample utilisation dans des études de génétique quantitative. Au cours des 10 dernières années, l'identification des variants de séquence qui modulent des traits physiologiques et de développement a prouvé que la variabilité naturelle d’Arabidopsis peut être utilisée avec succès et qu'elle représente une ressource utile pour l'analyse fonctionnelle des gènes. Le but de mon travail était de contribuer à l'analyse de l'architecture génétique et de la base moléculaire de la croissance des plantes. Importante sur le plan agricole autant que d’un point de vue évolutif, la croissance des plantes est un processus extrêmement complexe influencé par de nombreux facteurs sous pratiquement tous les aspects de la biologie végétale. Pour tenter de répondre aux questions concernant l'architecture génétique de la croissance, nous avons réalisé une étude de génétique quantitative (cartographie de QTL) dans une population de lignées recombinantes (RIL) Bur-0 x Col-0, afin d'identifier de nouveaux gènes responsables de la variabilité naturelle pour la croissance de la partie aérienne. Cette analyse a conduit à l'identification de deux loci, SG1 (Shoot Growth-1) détecté sur le chromosome 5 et SG3 (Shoot Growth -3) qui est le résultat d’une variation allélique dans la région génomique sous-jacente à un QTL détecté entre 14 et 15 Mb sur le chromosome 4. La première partie de cette thèse décrit le clonage de SG3, un QTL qui affecte fortement la croissance de la partie aérienne. Au départ, nous nous sommes concentrés sur la région génomique entre 14 et 15 Mb sur le chromosome 4 afin d'étudier un QTL préalablement cartographié sans avoir connaissance de SG3. Shoot Growth -3 serait indétectable par la cartographie de QTL car les plantes montrant le phénotype causées par SG3 sont sous-représentées dans la population à cause d'une interaction épistatique avec un autre locus, SG3i (SG3-interactor) et parce que les allèles néfastes pour la croissance ont probablement été contre-sélectionnés lors de la fixation des RILs. La cartographie fine et la complémentation a révélé le gène responsable du phénotype, une oxidoreductase putative qui affecte le taux de transfert d'électrons photosynthétiques, gène dupliqué chez Bur-0, mais pas chez Col-0. Nous avons montré que la cause des différences phénotypiques observées à SG3 est un polymorphisme de structure provenant de cette duplication qui a été suivie par la perte du gène paralogue. L’évolution divergente du gène dupliqué implique la transposition de la copie fonctionnelle du gène chez Bur par rapport à Col. Chez Arabidopsis, outre les SNPs et les InDels courts, des polymorphismes comme des variations génomiques structurales peuvent représenter une importante source de variation naturelle. Des variations structurales avec des conséquences phénotypiques causant épistasie sont détectables dans les populations de RILs. Même si la distorsion de ségrégation due a la létalité ou à la réduction de fitness peuvent gêner la cartographie de QTL dans les populations de RIL, l'hétérozygotie résiduelle dans certains jeux de RIL peut être utile pour restaurer et étudier les combinaisons nocive (mais récessives) a partir de leurs états hétérozygotes «latents». De nombreuses duplications segmentales de chromosomes et des duplications dispersés de gènes ont été détectées chez Arabidopsis, donc on peut s'attendre à un impact considérable de ce phénomène sur la variabilité phénotypique chez les plantes. La deuxième partie de mon travail présente la cartographie ‘haute résolution’ de SG1 en haut du chromosome 5 et discute l'identification présumée des epiallèles naturels provoquant une variation de croissance dans une population RIL. La présence de l'allèle Col à SG1 a d'importantes conséquences phénotypiques. Les plantes présentent de graves anomalies du développement et une fertilité réduite, mais la sévérité des phénotypes varie entre les différentes plantes. La cartographie fine de SG1 a été compliquée, d'abord par la présence d’un (pseudo) effet maternel nécessitant une génération supplémentaire de fixation à chaque étape de cartographie fine, d'autre part par une approche gène candidat sans succès et aussi par l'absence de polymorphismes majeurs. La région candidate pour SG1 à été délimitée à un intervalle d’environ 8 kb contenant seulement un gène sans fonction connue et aucun polymorphisme majeur. D'autre part, les deux allèles à SG1 montrent un contraste important de méthylation de l'ADN. La variabilité naturelle épigénétique a été signalée chez Arabidopsis, mais sa relation avec les variations phénotypiques reste inconnue. L'hypothèse selon laquelle des epiallèles pourraient contribuer à la variance génétique additive et affecter les estimations de l'héritabilité suggère que les variants épigénétiques pourraient aussi être identifiés par la cartographie de QTL. Les changements de méthylation à SG1 pourraient expliquer l'héritabilité des caractères qui ne peut pas être expliquée par des changements de séquence d'ADN, bien que nous ne puissions pas exclure formellement la possibilité que les quelques polymorphismes trouvés à SG1 pourraient être causaux. Si notre hypothèse se confirme ce sera un cas très intéressant de variation naturelle épigénétique cartographié dans une population RIL. Même si nous pensons que SG1 est l'effet d'une epi-allèle, jusqu'à présent le mécanisme génétique n'est pas encore élucidé. L’héritabilité stable de l’état de méthylation et son impact sur la variation phénotypique commence à être démontrée dans des epiRILs. Néanmoins, dans le cas d’une epiallèle naturel, il est difficile de comprendre si les effets phénotypiques ont été déterminés par les différences dans l'état de méthylation ou par les éventuels polymorphismes de séquence. Les méthodes actuelles d’estimation de la variation génétique basée sur la variation de séquence n’incluent pas la variation épigénétique. Comprendre les effets phénotypiques des epiallèles permettra le développement de nouveaux modèles d'évolution. La grande plasticité d'une epiallèle et son état potentiellement réversible, permettrait une évolution phénotypique et une adaptation plus réactives aux conditions environnementales, ce qui peut être significatif pour l'évolution face à des changements environnementaux drastiques, parfois aussi soudains que temporaires. Ce travail présente le clonage de deux loci intéressants, réalisé par clonage positionnel jusqu'aux gènes, et révèle de nouveaux gènes qui affectent la croissance des plantes. Il nous permet de conclure que l’architecture génétique de caractères quantitatifs peut être plus complexe que ne le laissaient penser la plupart des exemples qui ont été décrits jusqu’à présent.