Les transferts d'H2O et de CO2 dans le mésophylle : étude fonctionnelle par des approches non-invasives de traçage isotopique

H2O and CO2 transfer in the mesophyll : a physiological study using non-invasive isotopic tracing

• Auteur / Autrice : Dorothée Jannaud
• Direction : Thierry Heulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie, biologie végétale et biotechnologies
• Date : Soutenance le 27/10/2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEMP - Laboratoire d'Ecophysiologie Moléculaire des Plantes (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Rainer Hienerwadel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Heulin, Rainer Hienerwadel, Erwin Dreyer, Francesco Loreto, Bernard Genty, Christophe Maurel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erwin Dreyer, Francesco Loreto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photosynthèse

Isotopes

Anhydrase carbonique

métabolisme

Feuilles

Mots clés libres

Anhydrase carbonique

Aquaporine

Conductance

Co2

Mesophylle

H2o

Gas exchange

Photsynthesis

Transpiration

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit décrit quelques-uns des mécanismes qui régissent les échanges de CO2 et d’eau dans le mésophylle. Nous présentons dans une première partie une méthode originale qui utilise une technique de traçage isotopique et une modélisation deséchanges gazeux pour décrire le transfert du CO2 et la concentration de CO2 aux sites catalytiques des anhydrases carboniques. Dans une deuxième partie, cette approche nous permet de caractériser la diffusion de CO2 intra-mésophylienne et d’aborder l’étude du rôle des anhydrases carboniques et des aquaporines dans la facilitation du transport de CO2. Cette étude est basée sur une analyse fonctionnelle de mutants d’insertions d’Arabidopsis affectésdans l’expression des anhydrases carboniques (ACs) ou des aquaporines. La contribution fonctionnelle d’une AC, bCA4 localisée à la membrane plasmique et récemment identifiée estanalysée plus spécifiquement. Dans une troisième partie, nous montrons par un travail de modélisation que l’approche de traçage isotopique précédemment introduite pour étudier le transfert de CO2 peut être utilisée pour étudier la compartimentation de l’eau mésophyllienne et les flux associés. Cette approche nous permet de démontrer l’existence d’une compartimentation fonctionnelle de l’eau foliaire. La signification de cette compartimentation est discutée, et une nouvelle méthode de suivi quantitatif des flux d’eau entre l’apoplasme etle symplasme est proposée. Enfin, dans une dernière partie nous abordons expérimentalement les effets de l’acide abscissique sur la transpiration foliaire et la régulation stomatique.

N this study, mechanisms that govern CO2 and water fluxes in the mesophyll are investigated. In a first part, an original approach based on isotopic tracing and modeling of gas exchange is presented to describe the CO2 transfer towards sites of carbonic anhydrases catalysis that are used to probe the intracellular CO2 concentration. In a second part, this approach allows to characterize the intracellular diffusion of CO2 and to address the implication of carbonicanhydrases and aquaporins in the facilitation of the CO2 transfer. The functional analysis is based on the characterization of Arabidopsis mutants in which the expression of some carbonic anhydrases (CAs) or aquaporins is impaired. The implication of a recently identified CA, bCA4 located at the plasma membrane, is studied in detail. In a third part a modeling approach is used to show that the method of isotopic tracing introduced to probe the CO2 fluxes can also be used to study the compartmentation of the mesophyll water and the associated fluxes. The basis of this functional compartmentation is analyzed and a newmethod is proposed to quantitatively monitor the water fluxes between the apoplasm and the symplasm. In a last part, the effects of abscissic acid on the leaf transpiration and on the stomatal aperture regulation are addressed.