Contrôle moléculaire de la croissance sous déficit hydrique : analyse cinématique et régulation de l'expression des aquaporines TIP1 dans l'apex de la racine du peuplier

Molecular control of growth under water deficit : kinematic analysis and regulation of expression of TIP1 aquaporins in the poplar root apex

• Auteur / Autrice : Rémy Merret
• Direction : Erwin Dreyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale et forestière
• Date : Soutenance le 10/11/2010
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EEF - Ecologie et Ecophysiologie Forestières - UMR 1137
• Jury : Président / Présidente : Michel Chalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Chaumont, Valérie Legue, Soulaman Sakr, Wendy K. Silk, Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Régulation génétique

Peupliers

Peupliers

Mots clés libres

Croissance

Racine

Aquaporine

Régulation d'expression

Cinématique

Dérivée matérielle

Déficit hydrique

Peuplier

Growth

Root

Aquaporin

Gene expression regulation

Kinematic

Material derivative

Water deficit

Poplar

Résumé

Cette étude porte sur le contrôle moléculaire de l'expansion cellulaire dans l'apex de la racine du peuplier. L'étude a été focalisée sur la régulation de l'expression des aquaporines TIP1s sous deux niveaux de déficit hydrique. Un cadre conceptuel, combinant analyse de la densité de transcrits à haute résolution spatiale et un formalisme de la mécanique des fluides, a été établi pour décrire la régulation de l'expression des gènes dans le temps et l'espace, le long de l'apex. Deux états de croissance contrastés ont été étudiés : un où la croissance de l'apex de la racine est rétablie (après 3 jours de stress modéré, 80 mosmol kg-1, 100 g L-1 de polyéthylène glycol PEG à 3500 g mol-1) et un où elle est réduite (après 3 jours de stress fort, 250 mosmol kg-1, 200 g L-1 de PEG). L'analyse cinématique a révélé une sensibilité différentielle de la vitesse d'allongement relatif (REGR) selon le niveau de stress et la position le long de l'apex. Au niveau moléculaire, nous montrons que lorsque la croissance est réduite, les pics de densité de transcrits des TIP1s sont plus forts et décalés dans les premiers millimètres de l'apex, zone où la croissance des cellules est maintenue. Cependant les niveaux d'induction/répression n'étaient jamais plus élevés que dans la condition témoin, soulignant qu'une forte densité de transcrits n'est pas forcément synonyme d'une forte induction de l'expression. Focalisé sur la combinaison de deux processus dynamiques, l'expansion cellulaire et l'expression des gènes, cette étude a mis en évidence que les conclusions tirées de l'analyse de ces processus sont influencées par la façon dont le temps, l'espace sont considérés

This study consideres the molecular control of cell expansion in poplar root apex. The study was focused on the regulation of the TIP1 aquaporins expression under two levels of water deficit. A conceptual framework combining transcript density analysis (quantitative PCR) at a high spatial resolution and a fluid mechanics formalism was established to describe the regulation of gene expression in time and space along the root apex. Two contrasting growth status were both studied: root growth rate is either restored (after three days of moderate stress, 80 mmol kg-1, 100 g L-1 polyethylene glycol PEG 3500 g mol-1) or root growth rate is reduced (after 3 days of high stress, 250 mosmol kg-1, 200 g L-1 PEG). Kinematic analysis revealed a differential sensitivity of the relative elemental growth rate (REGR) according to the stress level and to the coordinate along the apex. At the molecular level, we showed that growth reduction was associated with a shift of maximal densities of transcripts towards the first millimeters of the apex, where cell expansion was maintained. Meanwhile the induction/repression levels were never stronger than in the control condition underlying that a high transcript density does not mean a high transcriptional induction. Focused on the combination of two dynamic processes, cell expansion and gene expression, my thesis showed that the conclusions issued from the analyses of these processes are influenced by the way time, space and age are considered