Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

Lundi 16 mai 2022 à 14h30, Amphi Philippe Lamour

Réponses adaptatives des racines de maïs (Zea mays) au déficit hydrique

Résumé:

La disponibilité en eau est un des facteurs les plus limitants pour la croissance des plantes et la productivité des cultures. La capacité d’absorption d’eau des racines est régie par l’architecture du système racinaire (RSA, pour Root System Architecture) et par la conductivité hydraulique des racines (Lpr). Ces deux paramètres définissent l’architecture hydraulique des racines.

Le maïs (Zea mays) développe un système racinaire composé de racines embryonnaires (racines primaires -PR- et séminales -SR-) et de racines issues des tiges, qui portent toutes des racines latérales (LR). Nous avons étudié les réponses des racines de maïs au déficit hydrique (WD) en nous concentrant sur trois aspects majeurs : l’hydraulique, la croissance et la signalisation. Nous avons ciblé les PR, les SR et leurs LR dans de jeunes plantes d’un génotype hybride (B73H) cultivé en hydroponie. Pour étudier les réponses de la RSA et la Lpr chez ces différentes racines, un WD a été imposé en ajoutant du polyéthylène glycol (PEG-8000) à la solution hydroponique. Un WD hétérogène a été créé à l’aide d’un système de séparation des racines (split-root) qui permet à une moitié du système racinaire d’être dans des conditions bien hydratées (WW) tandis que l’autre moitié est sous WD.

Des analyses morphologiques et fonctionnelles ont montré des réponses spécifiques des PR et SR. Sous un WD homogène, différents comportements ont été également observés en fonction de l’intensité du stress. Après 1 h de WD modéré (150 g L-1 PEG), la Lpr des PR et des SR est inhibée, cette réduction étant réversible après 1h dans des conditions WW, totalement pour les SR et partiellement pour les PR. La réversion incomplète observée chez les PR pourrait s’expliquer par une subérisation exodermique accrue de leurs LR. Dans les conditions WW, les gènes des aquaporines PIP étaient plus exprimés dans les LR des PR que dans celles des SR. Un WD de 4 j a entraîné une réduction de l’expression des PIP dans les premières mais non dans les dernières. Le WD modéré a également induit une réduction de l’expression des PIP dans les extrémités axiales des PR et des SR ainsi qu’une réduction générale de la RSA. Sous un WD léger (50 g L-1 PEG), les PR ont maintenu leur Lpr et leur croissance axiale au dépend de l’élongation des LR, alors que les SR ont réduit leur Lpr et leur croissance axiale sans affecter la croissance des LR. Nos données révèlent aussi une plus grande plasticité de la Lpr des SR, qui, de fait, explorent la partie du sol la plus variable par sa teneur en eau. La PR semble par contre être plus spécialisée dans l’exploration des couches profondes du sol qui retiennent des réserves d’eau pendant plus longtemps. Par ailleurs, la Lpr et la RSA ont été intégrées dans un nouveau modèle mathématique, qui décrit le transport de l’eau et ds solutés dans des racines en conditions WW et WD. L’inversion de ce modèle a été utilisée pour estimer les conductances axiale et radiale des PR et SR dans ces deux conditions.

Pour ce qui est du WD hétérogène, il déclenche un mécanisme de croissance compensatoire des LR dans la moitié WW du système racinaire. Inversement, une surinhibition de la RSA et de la Lpr a été observée dans la moitié de système racinaire en WD. Nous proposons que ces mécanismes découlent de processus de signalisation locale et à distance, qui restent essentiellement inconnus. En effet, nous avons quantifié les hormones présentes dans les feuilles et les demi-systèmes racinaires en situations WW et WD mais n’avons pas détecté d’effet systémique de la disponibilité en eau sur l’accumulation des hormones.

En conclusion, ce travail montre que la réponse plastique des racines de maïs à des conditions homogènes et hétérogènes de WD implique à la fois la RSA et la Lpr. La disponibilité graduelle de l’eau dans le sol façonne la spécialisation des divers types de racines examinés. Enfin, nous espérons que les résultats issus de ces recherches pourront être transposés à d’autres céréales.