5. Aquaporines et signalisation ABA

L‘analyse de l‘ensemble des données d‘expression des gènes recueillies au cours de l‘expérimentation d‘arrêt de l‘irrigation sur des boutures de 9 génotypes a permis de rechercher les liens entre les réponses associées à l‘hydraulicité du système et au signal ABA.

L‘analyse factorielle discriminante, l‘étude du tableau des coefficients de corrélation de Pearson, ainsi que l‘analyse de la similarité entre variables permet de faire ressortir 3 conclusions majeures de cette expérimentation:

1- Parmi les gènes codant des aquaporines et ceux associés au métabolisme (biosynthèse/dégradation) de l‘ABA, on retrouve des corrélations seulement entre l‘expression de VviPIP2.1 et VviNCED1 dans les feuilles d‘une part et celle des aquaporines de type PIP2 et VviHYD1 dans les racines et dans les feuilles d‘autre part ;

2- Une corrélation peut être établie entre l‘expression de plusieurs aquaporines dont VviPIP1.1,

VviPIP1.3/5 et VviPIP2.3 et celle de gènes de la voie de transduction du signal tels que VviABF1 et 2,

SnRK2.1 au sein d‘un même organe ;

3- Une forte similarité (ou corrélation) entre l‘expression de VviPIP1.1 et VviSnRK2.6, ainsi que celle

de VviPIP2.2 et VviRCAR5, mais de manière croisée entre feuilles et racines.

L‘ABA intervient dans la régulation des flux hydriques dans la plante et le fonctionnement des aquaporines. En utilisant soit des applications externes d‘ABA, soit les capacités de synthèse variables de plantes transgéniques, il a été montré que l‘expression des aquaporines et la conductivité hydraulique des différents tissus de la plante peuvent être modifiées, avec des effets variables en fonction des tissus analysés et des espèces étudiées (Dodd, 2013 ; Maurel et al., 2015).

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Peu de travaux sont relatifs à l‘étude en parallèle de l‘ensemble de la voie du métabolisme/transduction du signal ABA et de l‘expression de plusieurs aquaporines à la fois dans les racines et dans les feuilles en conditions de contrainte hydrique.

Il a été montré que l‘ABA peut augmenter de manière transitoire la conductivité hydraulique des racines (Hose et al., 2000 ; Thompson et al., 2007) ainsi que l‘expression de certaines aquaporines dans ces tissus (Aroca et al., 2006 ; Parent et al., 2009). Mais l‘absence d‘effet de l‘ABA sur la conductivité racinaire a été aussi rapporté chez Populus tremuloides Michx (Wan et Zwiazek, 2001) et des effets variables sur l‘expression d‘aquaporines ont été mis en évidence chez Pisum sativum en fonction de la concentration en ABA appliquée (Beaudette et al., 2007). A l‘inverse il apparait que l‘ABA réduit la conductivité hydraulique au niveau des feuilles en réprimant l‘expression des aquaporines dans les cellules associées aux vaisseaux (Shatil-Cohen et al., 2011 ; Pantin et al., 2013) et leur activité via la phosphorylation de résidus Sérine (Kline et al., 2010). Pourtant l‘induction de l‘expression de certaines aquaporines foliaires a été rapportée chez Arabidopsis en situation de déficit hydrique (Alexandersson et al., 2005). Dodd (2013) suggère que ces effets variables pourraient être associés à la concentration en ABA, l‘inhibition de la conductivité hydraulique étant marquée surtout à des concentrations élevées.

Nos travaux montrent que la contrainte hydrique, qui s‘accompagne d‘une augmentation de la teneur en ABA dans la sève xylémienne d‘origine racinaire ou aérienne (cf chapitre 2), a des effets variables sur l‘expression des différentes aquaporines étudiées. En effet elle n‘agit pas sur l‘expression de

VviPIP1.1 dans les racines, de VviPIP1.2/4 dans les feuilles et VviPIP1.3/5 dans les 2 tissus étudiés.

Elle s‘accompagne d‘une répression de l‘ensemble des autres gènes dans les deux tissus, sauf pour

VviPIP2.3 qui est induite dans les racines et induite ou réprimée en fonction des génotypes dans les

feuilles. Nos résultats confirment la variabilité de réponse rapportée par ailleurs au niveau des racines et des feuilles. Dans notre cas, la variabilité peut être liée à l‘aquaporine considérée ou au génotype considéré. L‘absence d‘induction des aquaporines racinaires pourrait être associée aux fortes concentrations en ABA constatées dans notre étude, comme suggéré par Beaudette et al. (2007). Par ailleurs dans les feuilles, une certaine corrélation entre l'expression des gènes associés à la synthèse et au catabolisme de l'ABA et celle des différentes aquaporines a été obtenue. Ce qui suggère un lien entre synthèse de l'ABA et expression de certaines aquaporines comme l'observent Parent et al. (2009) avec des plants de maïs transgéniques sur-exprimant le gène NCED et observé également par Perrone et al. (2012) avec des vignes transgéniques sur exprimant le gène VviPIP2.4.

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Notre étude met en évidence des corrélations significatives au sein d‘un même tissu entre l‘expression de gènes codant certaines aquaporines et celles des gènes codant des protéines impliquées dans les dernières étapes de la voie de transduction du signal ABA, telles que SnRK2.1 et les facteurs de transcription de type ABF, illustrant le rôle du signal ABA sur la régulation des flux hydriques au niveau tissulaire via la régulation des aquaporines au niveau transcriptionnel (Finkelstein, 2013) et niveau post-traductionnel via les processus de phosphorylation-déphosphorylation médiés par l‘ABA (Kline et al., 2010, Grondin et al., 2015).

Notre étude met également en évidence des corrélations étroites entre l‘expression de gènes codant des aquaporines dans les racines ou les feuilles et celle de gènes codant des protéines impliquées dans la voie de transduction du signal ABA dans le tissu opposé. Une corrélation n‘implique pas de lien de cause à effet direct entre les deux cibles. Elle pourrait signifier que l‘expression des 2 gènes est contrôlée de manière étroite par le même signal chimique et hydraulique qui circule entre les 2 compartiments, soulignant une nouvelle fois l‘interaction forte entre les 2 types de signaux (Dodd, 2013). Il faut aussi rappeler que l‘expression de VviPIP1.1 et VviSnRK2.6 dans les racines n‘est pas affectée par la contrainte hydrique, mais est marquée par un fort effet génotype, alors que ces 2 gènes dans les feuilles répondent à l‘effet de la contrainte hydrique. Il est donc possible que des différences constitutives entre génotypes au niveau racinaire induisent des réponses variables au niveau foliaire. Le classement issu de l‘analyse factorielle discriminante de l‘ensemble des niveaux de transcrits pour les gènes codant des aquaporines et pour ceux impliqués dans le métabolisme et la transduction du signal ABA permet une amélioration du classement des génotypes selon leur origine génétique par rapport à celui établi au chapitre 2. Les individus apparaissent très groupés autour de leur barycentre par génotype, et tous les génotypes apparaissent séparés les uns des autres. Leur positionnement relatif illustre bien leur origine génétique. Le positionnement des génotypes V. vinifera est bien expliqué par l‘expression des gènes au niveau des feuilles, surtout VviPIP2.1 et VviNCED1, VviHYD1 et différents gènes de la voie de transduction du signal (VviABF1). Le positionnement des génotypes du groupe des hybrides V. rupestris x V. berlandieri est bien expliqué par la corrélation croisée entre VviPIP1.1 dans les feuilles et VviSnRK2.6 dans les racines. Le positionnement du groupe Riparia avec RGM et 101-14MGt (hybride V. riparia x V. rupestris) sont expliqués par la corrélation entre VviPIP1.3/5 et

VviABF2 dans les racines et la corrélation croisée VviPIP1.1 racines et VviSnRK2.6 feuilles.

Finalement les 3 autres génotypes se positionnent entre ces 3 groupes : le 41B (V. berlandieri x V.

vinifera) près du groupe des V. vinifera, le SO4 et 161-49C (hybrides V. riparia x V. berlandieri) entre