Réponses intégrées des plantes aux contraintes hydriques et thermiques : du gène au phénotype chez Arabidopsis thaliana

Plant integrated responses to water deficit and high temperature : from gene to phenotype in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Francois Vasseur
• Direction : Christine Granier, Denis Vile
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 18/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ecophysiologie des Plantes Sous Stress Environnementaux - LEPSE - Montpellier SupAgro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Evelyne Costes, Frédéric Gaymard, Christine Dillmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Oliver Brendel, Pierre Martre

Mots clés

Mots clés libres

Allométrie

Compromis physiologiques

Espace phénotypique

Génétique quantitative

Plasticité

Stress abiotique

Abiotic stresses

Allometry

Phenotypic space

Plasticity

Physiological trade-Offs

Quantitative genetics

Résumé

Les interactions entre les contraintes environnementales sur le phénotype rendent complexe l'étude des mécanismes d'adaptation et d'évolution des plantes. Aborder une telle question nécessite une approche intégrée de l'orchestration, à différentes échelles, des réponses des plantes à des stimuli environnementaux isolés et combinés. Nous avons utilisé Arabidopsis thaliana pour évaluer les bases génétiques des réponses à deux contraintes abiotiques majeures en forte interaction au champ : la sécheresse et les hautes températures. Grâce à des outils performants pour l'analyse du phénotype, une large gamme de traits a été mesurée sur de nombreux génotypes différant dans leur plasticité. Nous avons caractérisé la croissance et des traits d'histoire de vie, la morphologie et la structure foliaire, ainsi que les capacités d'acquisition et de conservation des ressources, en particulier l'eau et le carbone. Après une description des réponses phénotypiques et de leur architecture génétique, les conséquences de ces réponses dans une perspective écologique et évolutive ont été évaluées. En particulier, nous avons analysé les variations des stratégies fonctionnelles mises en relief par les covariations phénotypiques et génétiques. De plus, les processus responsables des réponses observées ont été examinés. Les résultats ont permis de mettre en évidence des variations génétiques associées à plusieurs régions génomiques dont l'influence est probablement majeure pour les mécanismes d'adaptation des plantes. Certaines de ces régions génomiques, de par leur effet sur la performance, sont porteuses d'intérêt dans une perspective d'amélioration des espèces cultivées face aux changements climatiques actuels.

The mechanisms of plant adaptation and evolution are difficult to investigate since environmental constraints have interactive effects on plant phenotypes. Such study requires an integrated approach about the coordination, at different organizational levels, of the plant phenotypic responses to multiple environmental cues. Using the model plant Arabidopsis thaliana, we assessed the genetic bases of the integrated responses to two major abiotic constraints that strongly interact in the field: water availability and high temperature. Using powerful tools for the analysis of the phenotype, a large range of traits was measured in many genotypes that differ in their plasticity. We focused on the traits related to plant growth and life history, leaf structure and morphology, and to the acquisition and conservation of resources, specifically water and carbon. After a description of the phenotypic responses and their genetic architecture, the ecological and evolutionary consequences of these responses were evaluated. Specifically, we examined the variations in the functional strategies that are highlighted by phenotypic and genetic covariations. Moreover, the processes responsible of the observed phenotypic responses to environmental constraints were investigated. Strong genetic variability associated to particular genomic regions was identified. Such loci have presumably important influence on the mechanisms of plant adaption to fluctuating environments. Some of these genomic regions have a strong effect on plant performance in stressing conditions, and therefore offer promising avenues for crop improvement facing current global climate change.