Modulation de la conductivité hydraulique foliaire par la lumière chez le Noyer (Juglans regia) : approches écophysiologique et moléculaire

par Khaoula Ben Baaziz

Thèse de doctorat en Physiologie et Génétique Moléculaire

Sous la direction de Soulaïman Sakr.

Le président du jury était Omrane Belhadj.

Le jury était composé de Mohamed Fouad Bouzidi, Aly Raïes, Samira Aschi-Smiti, Jean-Stéphane Venisse.

Les rapporteurs étaient Mohamed Fouad Bouzidi, Aly Raïes.


  • Résumé

    La conductivité hydraulique foliaire (KF) est une composante majeure du transport d’eau dans toute la plante. Dans les feuilles de noyer, la KF est stimulée à la lumière et est étroitement liée à l’accroissement du taux des transcrits d’aquaporines JrPIP2s. Par ailleurs, la corrélation entre la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines à la lumière, n’est pas générale et dépend de l’espèce. Ici, nous étudions cette corrélation chez cinq espèces forestières (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba et Populus tremula) différant par leur réponse à la lumière. Nous démontrons seulement chez le noyer (Juglans regia), la contribution des deux familles d’aquaporines PIP1s et PIP2s. Afin de mieux comprendre le rôle des JrPIP1s et JrPIP2 dans la réponse à la lumière, nous avons isolé 8 nouvelles isoformes dans les feuilles de noyer et nous avons étudié leurs profils d’expression sur une cinétique lumière. Toutes les isoformes étudiées sont accumulées à la lumière et réprimées à l’obscurité. De plus, la KF est dépendante de la qualité de lumière. Elle est réduite de 65% en absence de lumière bleue. Cette diminution serait liée à l’inhibition des transcrits d’aquaporines. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires précoces impliqués dans la modulation de KF par la lumière, l’approche globale cDNA-AFLP a été menée sur des feuilles de noyer sous différentes conditions d’éclairement. Nous obtenons 12000 transcrits différentiels dérivés (TDFs) générés par les 128 couples d’amorces. Parmi les 187 séquences obtenues, 93 d’entre elles ont une fonction putative. Leur classification fonctionnelle montre que les gènes relatifs à la régulation cellulaire représentent environ 58% des TDFs identifiés. Les feuilles exposées à la lumière, montrent des changements dans les voies de : signalisation calcique, protéolyse, trafic vésiculaire et l’expression de divers facteurs de transcription et protéines de régulation. Pour mieux comprendre le rôle potentiel de la signalisation calcique dans la modulation de la KF par la lumière, nous avons étudié l’effet d’un inhibiteur des canaux calciques [LaCl3] et d’un antagoniste de calmoduline [W7] sur la KF et les transcrits des 10 JrPIPs. Comparées aux feuilles témoins, les inhibiteurs calciques provoquent une réduction de la KF et de la majorité des JrPIPs étudiées à la lumière. Nos résultats confirment l’implication du complexe Ca2+ /calmoduline dans la transduction du signal lumineux responsable de la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines chez le noyer.

  • Titre traduit

    Light modulation of leaf hydraulic conductivity in walnut (Juglans regia) : ecophysiological and molecular approaches


  • Résumé

    Leaf hydraulic conductance (Kleaf) takes a significant part in plant water relations. In walnut leaves, Kleaf was stimulated by light and tightly related to accumulation of JrPIP2s aquaporin transcripts. However, the light effect on Kleaf value is not systematically related to aquaporin regulation. Here we investigated the relationship between light, Kleaf and transcript levels of aquaporin in five species (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba and Populus tremula) differing by the response of their Kleaf to light. Only for walnut leaves, we showed that light-increased Kleaf value is closely related to higher stimulation of both PIP1s and PIP2s aquaporins. To further investigate the involvement of aquporins (JrPIP1s and JrPIP2) in the light Kleaf modulation, 8 new full length aquaporins have been identified in walnut leaves and their expression pattern was monitored. All the aquaporin tested was turned up to be upregulated under light condition and downregulated under darkness. Moreover, we showed that the Kleaf response to light is quality-dependant, since it was reduced of 65% in the absence of blue light. Interstingly, this Kleaf reduction was correlated with a high downregulation of almost all aquaporins tested. To give an insight into the early molecular events involved in the light-induced Kleaf regulation, a large-scale transcriptomic analysis consisting of the cDNA-AFLP procedure was carried out on walnut leaves, kept at different light conditions. We obtained a total of 12,000 transcript-derived fragments (TDFs) by cDNA-AFLP with 128 primer pairs. Reliable sequences were obtained for 187 of these TDFs, and functions were attributed to 93 TDFs through BLAST searches in GenBank databases. Most of the 93 TDFs corresponded to genes encoding proteins involved in cellular regulation (58%). Leaves exposed to light showed changes in the Ca2+-signaling pathway, the ubiquitin-proteasome pathway, vesicle trafficking process and the expression of multiple transcription factors and protein regulators. To progress in understanding of a potential role for calcium signalling in light-modulated Kleaf, Kleaf values and transcript accumulation of 10 JrPIPs were monitored in leaves perfused with either a blocker of calcium channels [LaCl3] or a CaM antagonist [W7]. Compared to control, these Ca2+ -effectors led to a significant reduction in Kleaf and transcripts accumulation of almost all JrPIPs under light conditions. Our results indicate that Ca2+ /calmodulin complex may transduce the light signal required for stimulation of Kleaf and its correlated aquaporin expression.


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