Evolution of the role and biochemical properties of LEAFY | Evolution du rôle et des propriétés biochimiques de LEAFY | Evolution of the role and biochemical properties of LEAFY: A central regulator of floral development | Evolution du rôle et des propriétés biochimiques de LEAFY: Un régulateur central du développement floral

English. Flowers are a key innovation in plant evolution and their origin remains a mystery. LEAFY(LFY) is a unique plant transcription factor regulating floral development, but this genepredates flowers. My thesis work aimed to understand how the evolution of LFY biochemicalproperties could help explaining flower origins.First, I took part in the structural characterization of LFY DNA-binding domain, revealing anovel protein fold bound to DNA as a cooperative dimer (Hamès et al., 2009). Toexhaustively characterize its DNA binding specificity, I set up a SELEX experiment thatyielded hundreds of sequences with high-affinity for LFY. Based on these sequences, I built aLFY binding site predictive model (position weight matrix) that I validated in vitro. Thismatrix led to a biophysical model, able to explain the set of genomic regions bound by LFY invivo, as established in a ChIP-seq experiment in Arabidopsis seedlings, but also to detectfunctional orthologs of LFY targets genes in other angiosperms genomes.Since LFY is present in mosses, ferns and gymnosperms that do not flower, I tested if its DNAbinding specificity is different in these groups. In parallel, I uncovered correlations betweenthe expression patterns of LFY genes and several homologs of floral homeotic genes in thegymnosperm, Welwitschia mirabilis. After demonstrating that surface plasmon resonance canbe used to analyse interactions between transcription factors and entire gene promoters(Moyroud et al., 2009), I tested the interplay between LFY and its potential targets inWelwitschia and established that a pre-floral network was already at work in non-floweringplants.

French. Les fleurs sont une innovation cruciale du monde végétal et leur origine demeure mystérieuse.Le développement floral est contrôlé par LEAFY (LFY), un facteur de transcription originalqui existait déjà chez les plantes pré-angiospermes. Le but de ma thèse a été d’étudier sil’évolution des propriétés de LFY pouvait aider à comprendre l’apparition de la structureflorale.J’ai contribué à la caractérisation structurale du domaine de liaison à l’ADN de LFYd’Arabidopsis, qui a révélé un repliement inédit contactant l’ADN sous forme coopérative(Hamès et al., 2008). Ensuite, j’ai utilisé la technique de SELEX pour isoler 500 séquences dehaute affinité pour LFY et bâtir un modèle biophysique prédisant l’affinité de ce facteur pourtoute séquence d’ADN. Ce modèle a été validé par des mesures in vitro et par confrontation àl’ensemble des cibles génomiques de LFY révélées par ChIP-seq. Appliqué aux génomesd’autres angiospermes, ce modèle permet de repérer les cibles de LFY au sein d’un groupe deparalogues.LFY étant présent chez des plantes sans fleurs comme les mousses et les gymnospermes, j’aitesté par Selex si sa spécificité de liaison à l’ADN était différente chez ces plantes. Enfin, j’aimontré des corrélations d’expression entre les gènes LFY et plusieurs homologues des gèneshoméotiques floraux chez la gymnosperme Welwitschia mirabilis. Après avoir établi que latechnique de résonnance plasmonique de surface détectait des interactions entre une protéineet de grands fragments d’ADN (Moyroud et al., 2009), j’ai montré la capacité de LFY deWelwitschia à reconnaître les promoteurs de ses cibles potentielles, mettant ainsi en évidencel’existence d’un réseau pré-floral.