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.

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