The molecular basis of carpel evolution | La base moléculaire de l’évolution du carpelle

English. The carpel is the female reproductive organ of flowering plants. We present a comparative transcriptomic analysis, focusing in particular on the development of female reproductive tissues, between the established model plant Arabidopsis thaliana and the probable sister of all remaining living flowering plants Amborella trichopoda. Gene co-expression modules were first defined and then compared statistically between species on the basis of orthology relationships between all genes in the two genomes under comparison. This study revealed entire genetic modules, rather than just individual genes, that appear to have retained their expression patterns since the last common ancestor of living flowering plants. Other modules of more recent origin have also been brought to light, which may have contributed to a complexification in the morphology of carpels that occurred later during the evolution of flowering plants. The second major theme of this thesis concerns one of the regulators of this second group, the transcription factor SPATULA (SPT) of the bHLH family. We present data suggesting that SPT acquired its present role in the tissues at the apex of the carpel in a common ancestor of Brassicaceae. Our data also suggest that the acquisition of this new role depended on changes in the cis-regulatory sequences of SPT. We describe ongoing experiments that aim to identify the precise DNA sequences responsible for this evolutionary change.

French. Le carpelle est l’organe reproducteur femelle des plantes à fleurs. Nous présentons une analyse transcriptomique comparative, focalisant particulièrement sur le développement des tissus femelles reproducteurs, entre la plante modèle établie Arabidopsis thaliana et la soeur probable du restant des plantes à fleurs vivantes Amborella trichopoda. Des modules de co-expression de gènes ont été d’abord définis et ensuite comparés statistiquement entre espèces sur la base de relations d’orthologie entre tous les gènes dans les deux génomes sous comparaison. Cette étude a révélé des modules génétiques entiers, plutôt que seulement des gènes individuels, qui auraient conservé leurs patrons d’expression depuis le dernier ancêtre commun des plantes à fleurs. D’autres modules d’origine plus récente ont été également mis en évidence, modules qui ont peut-être contribué à une complexification dans la morphologie des carpelles qu’a eue lieu plus tardivement pendant l’évolution des plantes à fleurs. Le deuxième thème majeur de cette thèse concerne l’un des régulateurs de ce deuxième groupe, le facteur de transcription SPATULA (SPT) de la famille bHLH. Nous présentons des données suggérant que SPT aurait acquis son rôle actuel dans les tissus à l’apex du carpelle chez un ancêtre commun des Brassicacées. Nos données suggèrent également que l’acquisition de ce nouveau rôle dépendait de changements au niveau des séquences cis-régulatrices de SPT. Nous décrivons des expériences en cours qui ont pour objectif d’identifier les séquences d’ADN précises responsables pour ce changement évolutive.