Régulation transcriptionnelle des aquaporines dans la zone de croissance de la racine du peuplier

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Submitted on 6 Jun 2020

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Régulation transcriptionnelle des aquaporines dans la zone de croissance de la racine du peuplier

Rémy Merret, Bruno Moulia, Irène Hummel, Erwin Dreyer, Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot

To cite this version:

Rémy Merret, Bruno Moulia, Irène Hummel, Erwin Dreyer, Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot. Régu- lation transcriptionnelle des aquaporines dans la zone de croissance de la racine du peuplier. Réunion du groupe ”Xylème-Eau-Croissance”, Nov 2008, Clermont-Ferrand, France. 32 p. �hal-00964666�

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Régulation transcriptionnelle des aquaporines dans la zone de croissance de la racine du peuplier

Rémy Merret, Bruno Moulia*, Irène Hummel, Erwin Dreyer, Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot

Projet de thèse

Cadre expérimental

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Tolérance à la sécheresse :

– maintenir son statut hydrique de façon à :

• maintenir de la croissance

• éviter de passer dessous un potentiel hydrique critique (cavitation) -> survie

ª Maintenir un ratio absorption/pertes d’eau le moins défavorable – fermeture stomatique

– maintien du potentiel d’absorption

stress hydrique faible : maintien voire stimulation de la croissance racinaire maintien de la croissance racinaire

Déficit hydrique et croissance racinaire

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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Temps (jour)

Vitesse de croissance (cm/j)

témoin

stress 120g/l PEG stress 200g/l PEG

) 120g/l PEG (eq osm) : chute puis récupération complète après 4 jours ) 200g/l PEG : chute plus forte et récupération très partielle

Populus deltoïdes x nigra cv Lambro

Aude Hummel, 2006

Croissance de la racine en réponse à un déficit hydrique

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Objectifs

Étude des mécanismes qui permettent le maintien de la croissance racinaire chez le peuplier en

réponse à un déficit hydrique

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Elongation cellulaire

extensibilité des parois

Pression du suc vacuolaire sur les parois

eau

paroi cellulaire

tonoplaste

plasmalemme P_i

Π

_i

Ψ

_o ^Lp

métabolisme du C, transport…

expansines, XET, … aquaporines

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Sujet de thèse

¾ Implication des aquaporines dans le maintien de la croissance racinaire en réponse à un déficit hydrique

¾ Implication de facteurs de transcription impliqués dans la régulation de l’expression des gènes d’aquaporines

¾ Réorganisation spatiale de la zone de croissance en déficit hydrique

Utilisation de deux approches :

Ecophysiologique

Moléculaire par la technique de PCR quantitative

Avec une haute résolution spatiale

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Aquaporines

Aquaporines : protéines de 25 à 30 kDa, famille des MIP

• PIP : Plasma membrane Intrinsic Protein

• NIP : Nodulin-26-like Intrinsic Protein

• TIP : Tonoplast Intrinsic Protéin

• SIP : Small basic Intrinsic Protein

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Aquaporines chez le peuplier

eugene3.33970001

fgenesh4 pm.C LG VIII000870 fgenesh4 pg.C LG II000897

eugene3.00170379 NIP1 1

fgenesh4 pg.C LG II002259 eugene3.00101059

estExt fgenesh4 pg.C LG XI1253 estExt Genewise1 v1.C LG I5715 fgenesh4 pg.C LG III001529 fgenesh4 pm.C LG I000139

SIP1 1 grail3.0065000501

estExt Genewise1 v1.C LG XIII1 eugene3.00141013

fgenesh4 pg.C LG II002065 estExt Genewise1 v1.C LG XVI10

grail3.0024017601 eugene3.00061718

grail3.0025002201 eugene3.00280238 estExt fgenesh4 pg.C LG X1886

grail3.0049017002

estExt fgenesh4 pm.C LG IX0624 eugene3.00011653

estExt fgenesh4 pg.C 1630021eugene3.00091581 grail3.0029005501 estExt fgenesh4 pg.C LG III057 eugene3.00011331 grail3.0037015101 eugene3.01640006 fgenesh4 pm.C scaffold 1840000 eugene3.00090398 estExt fgenesh4 pg.C LG IX0381

fgenesh4 pg.C LG IX000385 fgenesh4 pg.C LG IV001409

eugene3.00090399

estExt fgenesh4 pm.C 570016 fgenesh4 pg.C scaffold 5700004

PIP1 1

estExt fgenesh4 pm.C LG XVI040 estExt fgenesh4 pm.C LG VI0336

grail3.0045020302

estExt fgenesh4 pg.C LG IX0306 eugene3.00080337 eugene3.00102165

estExt Genewise1 v1.C LG XVI27 estExt fgenesh4 pg.C 280159 estExt fgenesh4 pg.C LG IX1411 estExt fgenesh4 pg.C 36020001

estExt Genewise1 v1.C LG III02 estExt Genewise1 v1.C LG X1818

grail3.0049030302

Poplar Arabido Maize

PIP 12 13 13

TIP 15 10 11

NIP 10 9 4

SIP 6 3 3

PIP ? 2

TIP ? 6

D’après Pereda, communication personnelle

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Cadre expérimental

• Boutures de clones de Peuplier

• Culture hydroponique

• Stress hydrique réalisé par ajout de PEG

• Travaux réalisés sur l’apex racinaire de la racine principale

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Culture hydroponique des boutures de peuplier

• Phytotron : 16h jour / 8h nuit

• Hydroponie : Hoagland ½ + phosphate

• T°C : 21°C

• Aération par bullage

• Boutures de clones de Populus deltoïdes x nigra, cultivar Soligo (15 cm)

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Dispositif d’analyse d’images

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Analyse de la croissance

2 mm

0h

5h 4h

3h 2h 1h

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1 mm

Approche expérimentale pour la biologie moléculaire

Extraction ARN totaux

Reverse-transcription

ADNc

PCR quantitative

Analyse de l’expression des aquaporines Haute résolution spatiale

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Questions

Comment analyser l’expression d’un gène dans

une zone en croissance ?

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Description de la croissance : approche eulérienne

Classiquement, on utilise une approche spatiale ou Eulérienne, l’expérimentateur observe un paramètre quelconque à des distances fixées le long de l’axe

1 mm

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Description de la croissance : approche lagrangienne

1 mm

Pour étudier un paramètre dans une zone en croissance, il faut utiliser une approche référentielle ou Lagrangienne, porté son attention sur un paramètre dans un élément particulier comme une cellule qui migre le long de l’axe de la racine

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1 mm

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1 mm

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Zone de croissance : Zone hétérogène

Zone hétérogène par un gradient spatiale :

de la vitesses de déplacement de la vitesse d’allongement de densité cellulaire

Comment intégrer toutes ces variations et pouvoir suivre l’évolution moléculaire d’un territoire cellulaire ?

Apport de la cinématique

1 mm

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Notion de dérivé matérielle

S v v S

D t

∂ + ∂

∂

= ∂ ρ ρ ρ

Changement local de concentration

Changement de concentration du au phénomène de diffusion

Variation volumique locale

Application de la dérivé matérielle à l’expression de gène : analyse spatio- temporelle

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Premiers résultats

¾ Déterminer le profil de vélocité d’un apex racinaire de peuplier

¾ Mesurer l’expression de gènes dits de référence le long d’un axe en croissance

¾ Coupler les deux approches par de la cinématique pour avoior une vision spatio temp de ….

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Profil de vélocité

Dérivée temporelle négligeable puisqu’il n y pas d’influence de l’âge de la racine sur le profil

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Relative Elongation Rate (RER)

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Niveau d’ expression des transcrits d’actine le long de l ’axe

Résultats présentés pour 1 ng d’ARN total

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Niveau d’ expression des transcrits d’EFIB le long de l ’axe

Résultats présentés pour 1 ng d’ARN total

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Dérivée matérielle

S v v S

D t

∂ + ∂

∂

= ∂ ρ ρ ρ

Négligeable

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Dérivé matérielle des transcrits d’actine

Résultats présentés en nb de copies par ng d’ARN total par min

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Dérivé matérielle des transcrits EIFB

Résultats présentés en nb de copies par ng d’ARN total par min

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Conclusions

¾ Apport de la cinématique : analyse spatio-temporelle de l’expression des gènes

¾ Niveau d’expression très variable des gènes dits de référence le long de l’axe en croissance

¾ Cadre expérimental adéquat pour analyser les transcrits d’aquaporines dans la zone en croissance

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Perspectives

¾ Comptage du nombre de cellules pour suivre la variation d’expression par cellule

¾ Application d’un déficit hydrique : variation de la vitesse de croissance

¾ Prise en compte des variations de vitesse grâce à la cinématique

¾ Etendre l’étude aux aquaporines et leur implication dans le maintien de la croissance racinaire

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Remerciements

Bruno Moulia Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot

Erwin Dreyer Irène Hummel

David Cohen

Merci de votre attention !

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Quantité d’ARN total le long de l’axe en croissance

Variation dans la quantité en ARN total en fonction de la distance à l’apex