Thèse de Doctorat de Montpellier SupAgro

Biologie du développement

Vendredi 6 décembre 2019
à 14h – Amphithéâtre 208 Campus La Gaillarde (Cœur d’Ecole)

Étude du développement des racines protéoïdes chez le lupin blanc

BPMP, équipe Développement et Plasticité du Système Racinaire (Plasticité)

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : Biologie du Développement

Composition du jury :

  • Stéphanie Robert, Associate Professor, Umeå, Suède (Rapporteur)
  • Florian Frugier, Directeur de Recherche, CNRS, Paris (Rapporteur)
  • Sandra Bensmihen, Chargé de Recherche, CNRS, Toulouse (Examinateur)
  • Laurent Laplaze, Directeur de Recherche, IRD, Montpellier (Examinateur)
  • Pascal Gantet, Professeur, Université de Montpellier, Montpellier (Examinateur)
  • Benjamin Péret, Chargé de Recherche, CNRS, Montpellier (Directeur de thèse)

Résumé :

Les racines protéoïdes (RPd) sont une des adaptations développementales les plus frappantes du système racinaire exposé à des sols pauvres en nutriments. Le développement de ces structures spectaculaires, composées de dizaines de petites racines nommées rootlettes, se déclenche principalement en réponse à une carence en phosphate (Pi). Ces racines particulières sont dédiées à améliorer l’acquisition du Pi par la plante et sont importantes pour sa nutrition. De façon surprenante, bien que le lupin blanc soit considéré comme une espèce modèle pour la formation des RPd, très peu d’informations sont actuellement disponibles sur leur formation et sur les mécanismes moléculaires qui contrôlent ce processus développemental.

Afin de mieux comprendre comment se forment les rootlettes chez le lupin blanc, une description anatomique a été réalisée. Une étude tissulaire a permis de définir 8 stades dans le développement du primordium de rootlette, par analogie avec la formation des racines latérales chez Arabidopsis. Du fait du rôle majeur de l’auxine dans la formation des racines latérales, l’étude s’est focalisée sur les mécanismes reliés à cette hormone. L’expression du rapporteur auxinique DR5:GUS, chez le lupin blanc, a montré l’existence d’un maximum d’auxine, graduellement établi à l’apex du primordium de rootlette.

Dans le but de générer une description détaillée du développement du primordium de rootlette, la dynamique des divisions cellulaires et la différenciation des tissus ont été étudiées. L’utilisation de marqueurs spécifiques des tissus de la racine protéoïde (CYCB1 ;1, LaWOL, LaSCR, LaPEP) a identifié des divisions non seulement dans le péricycle, mais également dans l’endoderme et le cortex, suggérant une contribution de ces tissus à la formation du primordium. A la suite de ces divisions, les tissus commencent à se différencier pour former un méristème dont l’organisation cellulaire a été décrite grâce au même jeu de marqueurs moléculaires.

Enfin, une approche de transcriptomique a été réalisée sur deux jeux de données détaillés décrivant le développement des rootlettes de façon spatiale et temporelle. L’analyse de l’expression des gènes au cours des étapes précoces de la formation des rootlettes a permis de dresser des profils types d’expression et de sélectionner des gènes candidats pour des analyses fonctionnelles. De plus, le blocage de l’activité de 9 facteurs de transcription (par fusion avec le domaine répresseur SRDX) a permis d’identifier 3 gènes dont la répression bloque la formation des racines protéoïdes, suggérant un rôle important de LaLBD16, LaERF12 etLaSTY1 dans l’organogénèse des rootlettes.

Ce travail de thèse suggère que le programme développemental de la racine latérale a pu être recyclé pour la formation des racines protéoïdes. Il reste à déterminer les mécanismes moléculaires qui gouvernent l’induction massive des rootlettes à l’origine de la curiosité développementale que sont les racines protéoïdes. Ces travaux permettront peut-être de transférer la capacité à produire ces structures à d’autres espèces cultivées pour élargir leur capacité à explorer le sol et améliorer leur nutrition phosphatée.

Mots clés : racine protéoïde, rootlette, développement, lupin blanc, auxine.