Variation des teneurs en glucides et régulation des niveaux relatifs de transcrits du gène du transporteur de saccharose LpSUT1 par les glucides et en réponse à la modulation des relations sources-puits chez le ray-grass anglais (Lolium perenne L)

Variation of sugar contents and regulation of the relative transcript levels of the sucrose transporter LpSUT1 gene by sugars as a response to the modulation of source-sink relationships in rye-grass (Lolium perenne L)

• Auteur / Autrice : Hans Lone Sang
• Direction : Marie-Pascale Prud'homme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecophysiologie végétale, agronomie et nutritions NCS (Caen ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Dinant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pascale Prud'homme, Nathalie Pourtau, Soulaïman Sakr, Nathalie Noiraud-Romy, Frédéric Meuriot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Pourtau, Soulaïman Sakr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hexokinase

Glucides

Phyllosphère

Saccharose

Lolium

Mots clés libres

Lolium perenne

Transporteur de saccharose

Nycthéméral

Sucrose transporter

Diel

Phyllosphere

Sugar

Hexokinase

Résumé

Chez le ray-grass anglais, espèce fourragère prédominante des prairies Normandes, il existe des transporteurs de saccharose (LpSUTs) responsables du transport latéral de ce composé pour permettre son chargement dans le phloème dans les tissus sources de carbone ou son déchargement dans les tissus puits. Ces transporteurs sont d’excellents candidats pour la gestion fine et efficace de la distribution des ressources glucidiques de la plante, notamment en réponse aux variations de l’environnement. Les caractéristiques biochimiques et la localisation tissulaire spécifique du transporteur LpSUT1 suggèrent qu’il est le principal responsable du transport latéral du saccharose.Nous avons cherché à moduler la disponibilité du saccharose en perturbant les relations sources et puits des tissus par des facteurs abiotiques (e.g. cycle nycthéméral) et biotiques (e.g. pulvérisation de bactéries au niveau de la phyllosphère). Dans ces deux conditions, l’expression du gène LpSUT1 dans les organes sources que sont les limbes est peu affectée, malgré une perturbation importante des teneurs en saccharose. L’apport de glucides, d’analogues structuraux et d’un inhibiteur de l’activité de l’hexokinase à des limbes excisés montre que le saccharose reste cependant un signal glucidique capable d’augmenter l’expression transcriptionnelle de LpSUT1. Le glucose est aussi un signal qui module négativement l’expression de LpSUT1 quand il est perçu par l’hexokinase, et positivement lorsqu’il est perçu indépendamment de cette dernière. Un excès de saccharose et de glucose apoplasmique pourrait être détecté au niveau membranaire ce qui régulerait positivement l’expression du gène LpSUT1 pour augmenter l’importation du saccharose vers le cytoplasme. A l’inverse, l’accumulation cytoplasmique de glucose provoquerait l’inhibition de l’expression du gène LpSUT1 pour y limiter l’accumulation de glucides.La régulation transcriptionnelle du gène LpSUT1 fait appel à des voies de signalisation complexes, sensibles en partie aux signaux glucidiques, mais d’autres LpSUTs et facteurs de régulation devront encore être identifiés pour mieux comprendre les enjeux du transport de saccharose dans la gestion du carbone chez le raygrass anglais.

In the perennial ryegrass, the predominant forage species of Normand meadows, sucrose transporters (LpSUTs) are involved in the lateral transport of this compound to load sucrose in the phloem of the source tissues and its unloading in sink tissues. These transporters are excellent candidates for the tight and efficient management of the plant sugars, particularly in response to environmental variations. The biochemical properties and specific tissular localization of the sucrose transporter LpSUT1 suggest that it is the main actor of the lateral transport of sucrose.We induced a modulation of the sucrose availability in the tissues through the disruption of the source/sink relationships using abiotic (e.g. diel cycle) and biotic factors (e.g. spraying bacteria abundantly on the phyllosphere). In both conditions, LpSUT1 expression in source tissues like the leaf blades was not too much affected, despite the important disruption of the sucrose content. By supplying excised leaf blades with sugars, sugar analogs and an inhibitor of the hexokinase activity, we showed that sucrose was still a sugar signal which could up-regulate LpSUT1 expression. Glucose is also a signal for LpSUT1 down-regulation when perceived by the hexokinase and for its up-regulation when perceived in a way independent of the hexokinase. The excess of apoplastic sucrose and glucose could be detected at the plasmalemma which could induce LpSUT1 up-regulation to increase the sucrose import to the cytoplasm. Conversely, the cytoplasmic accumulation of glucose could downregulate LpSUT1 expression to limit the accumulation of cytoplasmic sugars.The transcriptional regulation of LpSUT1 involved complex signaling pathways partially responding to sugar signals, but other regulation factors should be identified to further comprehend the implications of the sucrose transport for the perennial ryegrass carbon management.