Rôle des transporteurs SWEET dans le développement du système vasculaire d'Arabidopsis thaliana, la croissance et l'adaptation de la plante à son environnement

Role of SWEET transporters in the vascular system development of Arabidopsis thaliana, its growth and its adaptation to the environnement

• Auteur / Autrice : Emilia Aubry
• Direction : Rozenn Le Hir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marianne Delarue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rozenn Le Hir, Marianne Delarue, Annabelle Déjardin, Jacqueline Grima-Pettenati, Rémi Lemoine, Martine Dieuaide-Noubhani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annabelle Déjardin, Jacqueline Grima-Pettenati
• DOI : 10.70675/72b93c3fz6069z4199z9df4z4bb310e3abb6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glucides

Transport physiologique

Métabolisme -- Régulation

Xylème

Plantes -- Effets du stress

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Sweet

Allocation des sucres

Développement du xylème

Stress abiotique

Hampe florale

Sweet

Sugar allocation

Xylem development

Abiotic stress

Floral stem

Résumé

La hampe florale d’Arabidopsis thaliana se compose des inflorescences latérales, des feuilles caulines, des fleurs et des siliques et représente 60% de la biomasse de la plante, principalement grâce à la présence de la paroi secondaire des cellules de xylème. Au cours de la formation de la paroi secondaire une quantité importante de sucres est nécessaire. Cependant les mécanismes moléculaires impliqués dans le transport de ces sucres restent à ce jour inconnus. Des travaux précédents ont suggéré que les transporteurs SWEET11 et SWEET12, membres de la famille des SWEETs (Sugar Will Eventually Be Exported Transporters) pourraient permettre ce transport entre les cellules du xylème. De plus, les transporteurs tonoplastiques SWEET16 et SWEET17 seraient également de bons candidats. Afin de mieux comprendre le rôle des SWEET dans le développement, la croissance et la physiologie des plantes, la caractérisation fonctionnelle des simples, doubles, triples et quadruple mutants sweet a été réalisée. Après avoir cartographié finement le domaine d’expression de ces gènes, une analyse phénotypique et métabolomique a été réalisée. Les résultats obtenus suggèrent un rôle important des transporteurs plasmalémmiques SWEET11 et SWEET12 dans la balance C/N, particulièrement au moment de l’induction florale mais également en favorisant la remobilisation de l’azotevers les graines. De plus, l’analyse de leur domaine d’expression ainsi que l’utilisation d’une technique de microscopie basée sur de la segmentation et de la spectroscopie vibrationnelle sur les différents mutants ont permis de suggérer que les SWEETs jouent un rôle clé dans le développement des fibres et des vaisseaux. En effet, SWEET16 pourrait intervenir au moment de la division cellulaire et de l’accroissement cellulaire alors que SWEET17 interviendrait quant à lui au moment de la formation et du renforcement de la paroi secondaire des vaisseaux et/ou fibres. Enfin, le comportement des mutants a été observé en conditions de stress abiotiques (sécheresse, résistance au gel, températures fraiches) par GC-MS et des analyses histologiques. Les résultats obtenus montrent que les mutants présentent une meilleure résistance au gel et à des températures fraîches mais pas à la sécheresse. Globalement, les résultats obtenus au cours de cette thèse ont permis de montrer que les transporteurs SWEETs ont des rôles spécifiques et complémentaires dans le développement, la croissance et la physiologie de la plante. De plus ces travaux mettent en lumière le rôle central des échanges de sucres entre la vacuole et le cytosol au moment de l’accroissement cellulaire des vaisseaux ainsi que l’importance des cellules voisines à proximité des vaisseaux pour subvenir à l’épaississement de leurs parois.

Arabidopsis thaliana’s floral stem is composed of axillary stems, cauline leaves, flowers and siliques and represents 60% of the plant biomass, thanks to the secondary cell wall in the xylem conductive cells. During the secondary cell wall formation, an important amount of sugars is needed. However, the mechanisms by which sugars are transported to their site of use are far from being understood. Previous work suggested that SWEET11 and SWEET12, members of the SWEET family (Sugar Will Eventually Be Exported Transporters) could achieve this task. Moreover, SWEET16 and SWEET17 that are tonoplastic transporters located in the xylem cells could also be good candidates. To further understand the role of the SWEET in the development, the growth and the physiology of the plant, I analyzed simple, double, triple and quadruple mutant lines of SWEET11, SWEET12, SWEET16 and/or SWEET17. First, their expression patterns were mapped spatially and temporally. Furthermore, using growth parameters kinetics and metabolomics approach, our results suggest that SWEET11 and SWEET12 play a key role in the C/N balance especially around the floral stem emergence and by enhancing the nitrogen remobilization to the seeds. Moreover, analysis of their expression pattern, a segmentation-based approach and vibrational spectroscopy analysis of the mutant lines allow to suggest that SWEETs transporters play a key role in vessel and/or fiber development. Indeed, SWEET16 might act during cell division and cell enlargement whereas SWEET17 has been shown to act on the secondary cell wall formation and reinforcement. Finally, the behavior of the mutant lines was assessed under different abiotic stress conditions (drought, cold and freezing temperatures) by using metabolomic analysis or histological studies. Our results show that even if the mutant lines are more tolerant to freezing and cold stress, they are not more resistant to drought. Overall, this work suggests specific and complementary roles of these SWEETs during plant growth, development and physiology. It highlights also the importance of the sugar transport between vacuole and cytosol role during cell elongation and the importance of neighboring living cells during the cell wall reinforcement.