UPThèses

L'objectif de cette thèse était d'élucider le rôle des transporteurs de saccharose dans les racines d’A. thaliana pour mieux comprendre la répartition du carbone dans la plante entière. Nous nous sommes focalisés sur l’étude des deux principaux transporteurs de saccharose exprimés dans les racines : AtSUC1 et AtSUC2. Une étude du mutant KO suc1 et une étude des plantes greffées présentant la mutation KO du gène AtSUC2 uniquement dans les racines ont été réalisées sur des plantes au stade adulte (30 à 32 jours après semis) cultivées en rhizobox. De plus, les localisations de l’expression des gènes et des protéines de ces transporteurs ont été réalisées dans les racines de plantes adultes pour la première fois. La localisation de l’expression d’AtSCU1 dans les pointes racinaires, nous a permis de conclure sur un rôle potentiel d’AtSUC1 dans le déchargement du saccharose du phloème dans les zones de croissance des racines et/ou un rôle potentiel de senseur du signal glucidique ou du déficit hydrique, probablement en lien avec l’ABA. Les résultats montrent qu’AtSUC2 aurait un rôle dans le développement racinaire, certainement via le déchargement du saccharose du phloème dans les zones d’élongation des racines et dans le rechargement du phloème le long des racines (notamment dans les départs de racines latérales). De plus, AtSUC2 pourrait avoir un rôle dans l’augmentation locale d’hexoses liée à l’émergence des racines latérales. Enfin, nos résultats indiquent une contradiction entre la localisation de l’expression du gène AtSUC2 retrouvée dans le parenchyme cortical et la localisation de la protéine qui n’est pas retrouvée dans ces cellules. Néanmoins les deux approches s’accordent sur la localisation dans les cellules compagnes.

Le but de notre travail est de développer une stratégie de vectorisation pour conférer la mobilité phloémienne aux produits agrochimiques en appliquant le concept de prodrogue dans l'élaboration de composés phytopharmaceutiques. Le fenpiclonil, fongicide non systémique de la famille des phénylpyrroles, a été choisi comme composé parent modèle et modifié en l'associant à un acide alpha-aminé ou à un monosaccharide. La mobilité phloémienne des conjugués entre le fenpiclonil et les acides L ou D-glutamique ou le D-glucose (D-GFC) a été évaluée chez des plantules de ricin. Le test de systémie a montré que le L-aminoacide était nettement plus favorable à la mobilité phloémienne que l'acide D-aminé ou le D-glucose. Les résultats suggèrent que le conjugué fenpiclonil/L-aminoacide est reconnu et manipulé par un système de transport d'acide aminé stéréospécifique énergisé par la force proton-motrice. Des expériences complémentaires ont montré que le D-GFC était un inhibiteur puissant et sélectif de l'absorption du saccharose par les tissus foliaires et du chargement phloémien du saccharose. En raison de l'inhibition spécifique des transporteurs de saccharose (par exemple AtSUC2), le D-GFC peut être envisagé comme un nouvel outil en phloémologie. Enfin, nous avons exploré l'impact de la modification de structure de l'espaceur afin d'optimiser la stratégie de prodrogue. Après avoir introduit différentes structures d'espaceur entre le fenpiclonil et la fonction acide aminé, le conjugué qui contient un cycle triazole avec l'acide aminé comprenant la chaine la plus courte a montré la meilleure mobilité phloémienne et, par ailleurs, une systémie optimisée par rapport aux dérivés acides du fenpiclonil dans la gamme des valeurs de pH de l'apoplasme foliaire.

L’objectif de cette thèse était d’étudier les transporteurs de saccharose impliqués dans le développement des organes puits, et plus précisément leur rôle dans la racine des plantes soumises à la contrainte hydrique. L’expression des transporteurs AtSUCs et AtSWEETs a été cartographiée, au cours du développement complet de plantes A. thaliana cultivées en hydroponie, dans la rosette, la hampe, les siliques et les racines. En parallèle, nous avons évalué l’allocation du carbone et le métabolisme des sucres dans la plante entière au cours du développement pour finalement (1) avoir un aperçu de l’allocation du carbone, du métabolisme des sucres ainsi que de l’expression des transporteurs de saccharose et (2) discuter leurs possibles relations. Dans un second temps, nous avons conçu un système de culture en sol innovant appelé « Rhizobox » permettant la récolte de racines propres, l’analyse de l’architecture du système racinaire et l’application de la contrainte hydrique. Lors de la contrainte hydrique, la croissance racinaire est réduite, mais l’exploration en profondeur du système racinaire est maintenue probablement pour améliorer l’absorption d’eau. De plus, même si la rosette soumise à la contrainte hydrique était plus petite, l’export de 14C, vers la racine, était augmenté. Dans le même temps, les niveaux de transcrits des gènes de facilitateurs de saccharose AtSWEET11 et AtSWEET12 ainsi que du gène AtSUC2, un symporteur saccharose:H+ spécifique de la cellule compagne, tous trois impliqués dans le chargement du saccharose dans le phloème, étaient augmentés dans les feuilles des plantes soumises à la contrainte hydrique, corroborant l’augmentation de l’export du carbone vers la racine. De façon intéressante, les niveaux de transcrits des gènes AtSUC2 et d’ASWEET11-15, étaient plus élevés dans les racines stressées, soulignant (1) la potentielle existence d’un déchargement apoplastique du saccharose dans la racine d’A. thaliana et (2) un rôle putatif pour ces transporteurs de saccharose dans le déchargement du saccharose dans la racine étant donné qu’ils sont principalement exprimés dans les zones de la racine où la demande en carbone est importante.

Chez les plantes supérieures, la distribution des sucres entre organes sources et puits requiert l'activité de transporteurs membranaires de sucre. Les flux de sucre variant au cours du développement de la plante et en réponse à des stress, il est logique de penser que les transporteurs de sucres sont impliqués dans ces changements. Le but du travail était de suivre la répartition des sucres et l'expression des transporteurs correspondants dans les racines de la plante modèle Arabidopsis thaliana, en réponse à un stress osmotique. Afin de pouvoir récolter des racines, un système de culture en hydroponie a été mis en place. Après avoir vérifié l'homogénéité des plantes cultivées dans ce système, une étude de l'expression des gènes de transporteurs de sucre a été effectuée au cours du développement des plantes et de d'une journée (24h), en utilisant la technique de macroarray. Cette étude a révélé l'expression dans les racines de 3 transporteurs de saccharose (AtSUC1, AtSUC2 et AtSUC5), 2 transporteurs de polyols (AtPLT5 et AtPLT6) et 2 transporteurs d'hexoses (AtSTP7 et AtSTP13). Le suivi de la teneur en sucres solubles et en amidon ainsi que du transport à longue distance de [U-14C]-saccharose a permis d'émettre des hypothèses quant au rôle des transporteurs de sucres exprimés dans la racine. Afin de mimer un stress hydrique en hydroponie, un protocole d'application progressif d'un agent osmotique (polyéthylène glycol 6000) dans le milieu de culture a été élaboré. Ce système a permis de mettre en évidence que 5 des gènes de transporteurs de sucre identifiés dans la racine ont une expression qui varie dans ces conditions. Trois d'entre eux sont fortement réprimés : AtSUC1

Les fibres longues de chanvre sont des cellules mortes du tissu phloémien, dont ne subsiste que la paroi, essentiellement cellulosique. Elles présentent d'excellentes qualités mécaniques, mais les lots de fibres utilisés sont hétérogènes. Aussi leur caractérisation plus fine est indispensable pour de nouvelles applications notamment comme renfort dans des matériaux composites (but du programme "Compochanvre" de la Région Poitou-Charentes dans lequel s'inscrit cette thèse). L'étude de la répartition des fibres dans la plante en fonction des conditions de culture (serre, champs, apport d'azote et densité de semis) a été menée. Au champ, des conditions de fertilisation moyennes (80 unités d'azote/ha) ont des effets favorables sur la croissance en longueur et en diamètre des tiges et sur le pourcentage de fibres longues. Pour étudier la répartition et le nombre de fibres, des techniques d'imagerie (microscopies photonique et confocale) et d'analyse d'image (Image J) ont été développées. Cela a permis de déterminer un diamètre de Féret de 34 ± 11 μm pour les fibres et de confirmer leur ontologie hloémienne. L'obtention des fibres longues nécessite une étape de rouissage qui favorise leur séparation des autres tissus La caractérisation des fibres longues durant le rouissage a été réalisée selon deux axes principaux : 1 - la caractérisation histologique des fibres, 2 - leur caractérisation biochimique à l'aide des techniques Infra Rouge (Attenuated Total Reflectance et Microspectrométrie Infra Rouge à Transformée de Fourrier). Les résultats obtenus démontrent qu'un rouissage optimal permet d'éliminer les tissus environnants et que les fibres restent groupées en faisceaux et s'enrichissent en cellulose. Ces techniques innovantes pourront être utilisées pour des applications plus industrielles.

Afin de conserver la qualité architecturale du rosier miniature sans l'utilisation de régulateurs de croissance, l'application d'une contrainte hydrique a été substituée au paclobutrazole. La caractérisation de l'état de stress hydrique des rosiers a été réalisée par la mesure du potentiel hydrique et de la transpiration relative. Les effets morphologiques se traduisent par la réduction de la taille et l'augmentation du nombre de ramifications. Les études histologiques ont révèlé un accroissement significatif de l'aire du xylème. Ces impacts de la carence en eau sur la charpente des rosiers miniatures sont corrélés à l'accumulation du saccharose et du fructose dans la sève xylémienne. Le choix de gènes potentiellement impliqués dans la réponse du rosier au déficit hydrique a été effectué avec a priori en visant le transport et le métabolisme des sucres, des gènes du contrôle de la ramification et des marqueurs du stress hydrique. Des sondes spécifiques d'une vingtaine de gènes ont été clonées grâce à la base des EST de rosier existant ou par PCR avec des amorces dégénérées. Les gènes sélectionnés pour la modification de leur expression par macroarrays ont été confirmés par Northern blot et/ou RT-qPCR. Plusieurs gènes ont répondu face au stress hydrique imposé comme RhPGlcT1-2, RhSuSy et RhMAX1-2-3. La validation des gènes choisis requiert le développement de protocoles de transformation génétique du rosier. Deux protocoles de transformation via A. tumefaciens ont été mis en place. Le premier utilise une suspension cellulaire non embryogène et vise une régénération directe. Le deuxième, basé sur l'embryogenèse somatique, a atteint une efficacité de transformation de 25%.