Rôle des canaux potassiques sortants de type Shaker dans le contrôle de l'acidité du raisin

Role of outward potassium channels in the control of grape acidity

• Auteur / Autrice : Houssein Monder
• Direction : Isabelle Gaillard, Térésa Cuellar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie moléculaire des plantes
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IPSiM - Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Pierre Czernic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Gaillard, Térésa Cuellar, Sébastien Thomine, Pierre-Emmanuel Courty, Manuel Nieves-Cordones
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Thomine, Pierre-Emmanuel Courty

Mots clés

Mots clés libres

Potassium

Transport du potassium

Acidité de la baie

Potassium

Potassium transport

Grape acidity

Résumé

Rôle des canaux potassiques sortants de type Shaker dans le contrôle de l'acidité de la baie de raisinLa vigne (Vitis vinifera L.) est une espèce fruitière à fort impact économique, qui est aussi considérée comme une plante modèle pour étudier la physiologie des plantes à fruits acides. Or aujourd'hui, le changement climatique caractérisé entre autres par une forte augmentation des températures et des déficits hydriques, perturbe le développement et la maturation du raisin. La composition de la baie à la vendange est modifiée et en particulier ce fruit devenu moins acide à la vendange contient un excès de potassium et de sucre ce qui est délétère pour l'obtention d'un vin de qualité. Pendant la maturation du raisin, il est connu que le K+ initie et contrôle les flux massifs de sucre et de nutriments nécessaires au chargement de la baie et est en tant que contre-ion majoritaire, également impliqué dans la neutralisation partielle des acides organiques du raisin (acide tartrique et malique). Plus la quantité de K+ sera importante dans la baie à la vendange, moins cette baie sera acide. Dans ce contexte, la compréhension de l'ajustement des flux K+ intervenant lors de la maturation de la baie en relation avec le changement climatique semble cruciale. Mon travail cible la caractérisation fonctionnelle de canaux potassiques de type Shaker à rectification sortante. Les différents membres de cette famille sont connus pour dominer la conductance potassique à la membrane plasmique des cellules végétales. Chez la vigne 4 gènes codant des sous unités Shaker impliquées dans des flux permettant la sortie du K+ de la cellule ont été identifiées. Mon travail de thèse porte sur l'étude de 3 de ces sous unités : 1) la sous unité VvK5.2 qui présente des particularités structurales et fonctionnelles lui conférant un rôle de régulateur positif de l'activité des canaux sortants et faiblement rectifiant dans lesquels elle est présente. L'interaction de VvK5.2 avec ces différentes sous unités Shaker a été analysée attentivement, 2) l'existante de deux sous unités jumelles VvK5.3 et VvK5.4 présentent 95% identité en Acides aminés tout en ayant des propriétés fonctionnelles différentes. Une troisième partie analyse l'impact de différents paramètres climatiques du changement climatique sur le transcriptome de la baie de raisin durant sa maturation via un RNA-SEQ. Enfin dans une quatrième partie la caractérisation fonctionnelle d'un canal K+ de type Shaker appartenant à la sous famille des canaux faiblement rectifiants est présentée chez le palmier à huile (Elaeis guinensis Jacq) qui est l'espèce qui présente la première source d'huile végétale dans le monde.Mots clés : vigne, potassium, canal K+ Shaker, acidité, vin, augmentation de la température, palmier à huile.

Role of outward potassium channels in the control of grape acidityGrapevine (Vitis vinifera L.) is a fruit species with a high economic impact, which is also considered a model plant to study the physiology of acidic fruit plants. Today, climate change, characterized by a strong increase in temperature and water deficits, is disrupting the development and ripening of grapes. As a result, the composition of the berry at harvest is modified, and in particular, this fruit, which has become less acidic and contains an excess of potassium and sugar, which is deleterious to the production of high-quality wine. During grape ripening, it is known that K+ initiates and controls the massive flow of sugar and nutrients needed to load the berry and is, as the major counterion, also involved in the partial neutralization of organic acids in the grape (tartaric and malic acid). The higher the amount of K+ in the berry at harvest, the less acidic the berry will be. In this context, the understanding of the adjustment of K+ fluxes occurring during the ripening of the grape in relation to climate change is crucial. My work focuses on the functional characterization of Shaker-type outward potassium channels. The different members of this family are known to dominate potassium conductance at the plasma membrane of plant cells. In grapevine, four genes encoding Shaker subunits involved in fluxes allowing K+ exit from the cell have been identified. My thesis work focuses on the study of 3 of these subunits. The first is the VvK5.2 subunit which presents structural and functional particularities conferring its role as a positive regulator of the activity of the outward and weakly rectifying channels in which it is present. The interaction of VvK5.2 with these different Shaker subunits has been carefully analyzed. The second is the existence of two twin subunits VvK5.3 and VvK5.4 which share 95% amino acid similarity despite having distinct functional characteristics. The third analyzes the impact of different climatic parameters of climate change on the transcriptome of the grape berry during its maturation via an RNA-SEQ. Finally, in the fourth research axis, the functional characterization of a Shaker-type K+ channel belonging to the subfamily of weakly rectifying channels is investigated in oil palm (Elaeis guinensis Jacq), the species that is the first source of vegetable oil in the world.Keywords: grapevine, potassium, K+ Shaker channel, acidity, wine, temperature increase, oil palm.