Topic description
Le riz contribue à la sécurité alimentaire de plus de la moitié de la population mondiale. L'architecture de la panicule de riz (une inflorescence composée) est un composant important du potentiel de rendement ; elle est définie lors de la phase précoce de son développement, notamment autour des stades de jeune panicule de 1 à 2 mm (Ikeda et al., ). Pour optimiser la sélection de variétés de riz à haut rendement, il est donc essentiel d'identifier les gènes impliqués dans le développement de la panicule, de caractériser leur variation naturelle et d'élucider leurs mécanismes de régulation.
Bien que de nombreux gènes contrôlant le développement de la panicule de riz aient été identifiés (Xing et al., ; Ikeda et al., ), la structure et l'évolution de leurs réseaux de régulation restent mal comprises, en particulier dans le contexte de la diversité morphologique entre le riz sauvage et cultivé africain. Les espèces de riz africaines possèdent des caractères précieux pour l'adaptation au changement climatique, mais leurs rendements restent généralement inférieurs à ceux du riz asiatique, soulignant la nécessité de mieux comprendre les bases moléculaires de la diversité des panicules dans cette lignée évolutive.
La diversité phénotypique repose en grande partie sur la variation de l'expression des gènes, elle-même contrôlée par des variants cis-régulateurs (séquences promotrices non codantes) et des facteurs trans-régulateurs (protéines régulatrices) (Lappalainen et al., ; Albert et Kruglyak, ).). Pour étudier les bases moléculaires de la régulation de l'identité des méristèmes en lien avec la diversité architecturale des inflorescences, nous avons mis en place des analyses transcriptomiques comparatives entre les espèces de riz cultivées et sauvages africaines. Cette démarche est complétée par une étude de l''expression allèle spécifique (ASE) chez des hybrides F1 interspécifiques de riz africain, permettant de d'évaluer les contributions des régulations cis et trans aux différences d'expression observées entre les parents à chaque locus.
Les modifications évolutives subies par le riz dans la régulation de ses gènes, au sein et entre les espèces, seront inférées à travers les divergences de dynamique d'expression et d'architecture régulatrice associée. L'impact relatif des changements cis- et trans-régulateurs au cours de l'évolution sera étudié via des analyses intégrées de l'ASE chez les hybrides F1 ainsi que leurs lignées parentales.
Pour identifier davantage de variants non codants associés à des modifications de la liaison des facteurs de transcription, nous combinerons des études de l'empreinte de ces protéines par MOA-seq (Savadel et al., ) avec des analyses alléliques spécifiques chez les hybrides F1 (Engelhorn et al., ). Cette stratégie intégrative permettra de cartographier les variants régulateurs sur des trajectoires spécifiques d'expression développementale.
Ce projet de thèse vise à identifier les gènes régulateurs-clé et les variants non codants sous-jacents à la diversité architecturale de la panicule en relation avec la domestication du riz africain. En reliant les changements évolutifs au sein de l'appareil régulateur des gènes aux trajectoires développementales de la panicule, ce projet apportera des éclairages mécanistiques sur la manière dont la domestication a remodelé le développement de l'inflorescence. À terme, ces travaux contribueront à identifier des variants génétiques associées aux caractères de rendement, offrant des cibles pour l'édition génomique et des stratégies d'amélioration intelligente afin d'accroître la productivité du riz.
Comprendre les bases génétiques et régulatrices des caractères liés au rendement est essentiel pour développer des variétés de cultures résilientes et pour assurer une production stable dans les scénarios climatiques futurs.
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Rice is a major staple crop that feeds billions of people worldwide. The architecture of the rice panicle (a compound inflorescence) is a key determinant of grain yield and is largely specified during its early development, particularly around the 1–2 mm young panicle stages (Ikeda et al., ). Consequently, there is a need to identify genes involved in panicle development, to characterize their natural variation and to elucidate their regulatory mechanisms in order to optimize the breeding of high-yielding rice varieties.
Although numerous genes controlling rice panicle development have been identified (Xing et al., Ikeda et al., ), the structure and evolution of their regulatory networks remain poorly understood, especially in the context of morphological diversity between wild and cultivated African rice. African rice species harbor valuable traits for climate-change adaptation, yet their yields generally remain lower than those of Asian rice, highlighting the need to better understand the molecular basis of panicle diversity in this evolutionary lineage.
Variation in gene expression driven by non-coding cis-regulatory (promoter/enhancer/silencer) variants and trans-acting (regulatory protein) factors is a major source of phenotypic diversity among plant varieties (Lappalainen et al., ; Albert and Kruglyak, ). To investigate the molecular regulatory basis of meristem identity in relation to inflorescence architectural diversity, we will implement comparative transcriptomic analyses across cultivated and wild African rice species. These analyses will be complemented by allele-specific expression (ASE) profiling in interspecific African rice F1 hybrids, enabling the dissection of cis- and trans-regulatory contributions to expression divergence.
Evolutionary changes in gene regulation within and between species will be inferred by identifying divergences in expression dynamics and the associated regulatory architecture. The relative impacts of cis- and trans-regulatory changes during evolution will be quantified through integrated analyses of ASE in F1 hybrids and their parental lines.
To further identify non-coding variants associated with changes in transcription factor binding, we will combine TF footprinting using MOA-seq (Savadel et al., ) with allele-specific analyses in F1 hybrids (Engelhorn et al., ). This integrative strategy will enable the mapping of regulatory variants to specific developmental expression trajectories.
This PhD project aims to identify key regulatory genes and non-coding variants underlying panicle architectural diversity associated with African rice domestication. By linking evolutionary changes within the gene regulatory apparatus to developmental trajectories in the panicle, the project will provide mechanistic insights into how domestication has reshaped inflorescence development. Ultimately, this work will help uncover genetic variants contributing to yield-related traits, providing targets for genome editing and smart breeding strategies to improve rice productivity.
Understanding the genetic and regulatory bases of yield-related traits is essential for developing resilient crop varieties and for achieving stable production under future climate scenarios.
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Début de la thèse : 01/10/
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