Une problématique spécifique

B.3.1.1 Particularités physiologiques

Ces organismes sont caractérisés par une croissance secondaire exacerbée au niveau du cambium où les cellules se différentient pour donner le phloème et le xylème secondaires. Ce dernier est lignifié et forme le bois de cœur et l’aubier. Du fait de leur grande taille et des temps de génération long, les arbres sont difficiles à étudier avec les approches modernes utilisées en génétique. Ils posent des questions de recherche spécifiques et leurs

caractéristiques différentes des autres plantes supérieures suggèrent qu’ils apportent des réponses physiologiques différentes. La hauteur de l’arbre est un des premiers facteurs influant sur les mécanismes physiologiques mis en œuvre. La sève doit parvenir à des hauteurs dépassant les 40 mètres et pouvant atteindre 110 mètres chez le Séquoia. A ces hauteurs, les organes foliaires subissent un stress hydrique et doivent répondre en abaissant leur potentiel osmotique et en fermant leurs stomates. Les valeurs de δ¹³C et de potentiel atteignent chez cet arbre les valeurs les plus extrême mesurées chez les plantes (Koch et al.

2004). Nous avions expliqué (cf. B.2.1.1) que le potentiel hydrique Ψw dépendait du bilan de la pression osmotique Ψs et de la pression mécanique Ψp exercée par les parois cellulaires qui tend à faire sortir l’eau des cellules. D’un point de vue global de l’arbre par rapport au sol, la force de gravité s’exerçant sur une colonne d’eau de plusieurs dizaines de mètres ne peut plus être négligée et l’équation simplifiée du potentiel hydrique doit tenir compte de ce paramètre

Ψg (Kramer 1983). g P S W ψ ψ ψ ψ = + +

La taille importante du réseau vasculaire chez les arbres associé aux forces de tensions exercées sur la colonne d’eau et sur les parois des vaisseaux conducteurs souligne la nécessité d’une bonne régulation des pertes en eau et de réponses adéquates pour répondre au stress hydrique et éviter la cavitation (Cruiziat and Tyree 1990).

Une autre particularité est l’importance des mycorhizes chez les arbres qui forment une association symbiotique entre le mycélium d’un champignon et les racines de la plante. Elles vont jouer le rôle des poils absorbants et permettre à l’arbre d’accéder à l’eau présente dans le volume de sol occupé par le mycélium (Heller et al. 1993). Cette symbiose qui joue un rôle majeur dans les mécanismes de réponse de l’arbre à la sécheresse a été encore peu étudiée (Nouaim and Chaussod 1996; Garbaye 2000).

B.3.1.2 Ressources moléculaires

Le développement de recherches sur ces organismes est complémentaire des approches réalisées sur les plantes modèles et de grande culture. Le peuplier est venu rejoindre la liste des plantes modèles déjà citées. Les ressources génétiques disponibles se sont grandement enrichies avec le séquençage du génome du peuplier (Brunner et al. 2004)

(http://genome.jgi-psf.org/Poptr1/Poptr1.home.html). Pour les résineux, si aucune espèce n’a le statut

de plante modèle, les ressources génétiques se sont largement développées pour les espèces d’intérêt économique du genre Pinus comme le pin loblolly (Pinus taeda), le pin de Monterey / pin à encens (Pinus radiata) et le pin maritime (Pinus pinaster) ou l’épicéa (Picea abies).

Synthèse Bibliographique

Les projets de séquençage d’EST ont permis de construire une base de données conséquente de séquences de gènes exprimés. Les données publiées ont été regroupées par le TIGR qui donne accès aux séquences ainsi qu’à leur assemblage bioinformatique et leur annotation à l’adresse http://www.tigr.org/tdb/tgi/plant.shtml. Des bases dédiées sont également accessibles pour le peuplier http://poppel.fysbot.umu.se/, le pin taeda http://www.ccgb.umn.edu/biodata/ et le pin maritime http://cbi.labri.fr/outils/SAM2/COMPLETE/index.php.

La bibliographie sur l’étude de la sécheresse chez le peuplier est riche de références. La problématique a été abordée du point de vue physiologique (Chen et al. 2002; Johnson et al.

2002; Hukin et al. 2005; Marron et al. 2005; Monclus et al. 2005) comme moléculaire (Caruso et al. 2002; el-Khatib et al. 2004; Marjanovic et al. 2005). Cette espèce présente de nombreux avantages par rapport aux autres ligneux. Outre le fait que nous disposions de la séquence de son génome et de séquences d’EST, cette espèce a une croissance très rapide (certaines espèces exploitables à 15 ans) comparativement au pin (35-40 ans) ou au chêne (100-140 ans). L’obtention de plants transgéniques est également une technique bien maîtrisée sur le peuplier et les approches de biologie moléculaire adoptées chez Arabidopsis

sont transférables à cet arbre (Strauss et al. 2004). Cette technique est aussi réalisable chez le pin maritime ou chez le pin taeda (Tang et al. 2005). Chez les conifères nous ne disposons pas de génome entièrement séquencé mais de banques d’EST et des cartes génétiques saturées permettant la comparaison des génomes de nombreuses espèces du genre Pinus (ex : (Chagne 2004)). Les grandes thématiques de recherche chez les résineux et les arbres en général se rapportent à la formation et la qualité du bois, la résistance aux pathogènes et la réponse au stress hydrique. Différents projets de séquençage d’EST se sont succédés sur le pin taeda. Un premier projet financé par la NSF avait pour objectif d’identifier des gènes impliqués dans la formation du bois (http://pinetree.ccgb.umn.edu/). Un nouveau projet en cours a pour but d’identifier des allèles pour des gènes candidats d’intérêt économique

(http://dendrome.ucdavis.edu/adept/index.html). Il existe également un projet axé sur les réponses du

transcriptome racinaire aux conditions environnementales

(http://fungen.botany.uga.edu/Projects/Pine/PineInfo.htm) et un projet de la NSF sur les embryons

somatiques et zygotiques (http://www.tigr.org/tdb/e2k1/pine/index.shtml).

Ces projets ont permis de démarrer des études du transcriptome en utilisant des microarrays sur la réponse au stress hydrique (Heath et al. 2002). Dans la bibliographie, les recherches sur la réponse au stress hydrique chez les conifères couvrent la plupart des paramètres physiologiques et catégories de gènes exposés précédemment. Sur le plan physiologique, on pourra citer par exemple une étude sur la comparaison de la résistance au stress osmotique de 67

huit provenances de Pinus halepensis (Calamassi et al. 2001) et la thèse de Froux (2002) sur les caractéristiques hydrauliques, la régulation stomatique et l’efficience d’utilisation de l’eau de quatre espèces.

Sur le plan moléculaire, Sathyan (2004) a combiné les techniques de PCR quantitative et d’hybridation par Northern blot pour identifier des gènes différentiellement exprimés lors de la sécheresse entre deux populations de pin d’Alep et entre deux populations de pin taeda

(Sathyan 2004). L’auteur a notamment mis en évidence la régulation de gènes codant pour des facteurs MYB, des LEA ou la cyclophiline.