Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

Jeudi 16 décembre 2021 à 14h, Amphi Philippe Lamour

Une vidéo en streaming direct est accessible sur ce lien :  https://youtu.be/RE8xCw99FIQ

Recherche d’acteurs moléculaires impliqués dans l’arrêt de croissance des rootlettes de racines protéoïdes de lupin blanc 

 

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes
Etablissement : L’institut Agro – Montpellier SupAgro
Unité de recherche : UMR 5004 – BPMP – Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes

 

Equipe:  Développement et Plasticité du Système Racinaire

Devant le jury composé de:

Thierry M. DESNOS – Chargé de recherche CEA, HDR – Rapporteur

Florian M. FRUGIER – Directeur de recherche CNRS – Rapporteur

Anne REPELLIN – Professeur Univ. Paris-Est Créteil – Examinatrice

Claude PLASSARD – Directrice de recherche INRAE – Examinatrice

Laurent LAPLAZE – Directeur de recherche IRD – Examinateur

Patrick DOUMAS – Chercheur INRAE, HDR – Co-Directeur de thèse

Laurence MARQUES – Maitre de Conférence Univ. Montpellier, HDR – Co-Directrice de thèse

 

Résumé:

 

Le phosphate (Pi) est un nutriment indispensable au développement des végétaux, connu pour faire partie d’une signalisation nutritionnelle responsable de modifications importantes du système racinaire. Chez le lupin blanc (Lupinus albus), la carence en Pi induit la formation de structures racinaires spécialisées appelées racines protéoïdes, sur lesquelles se développent de denses amas de racines courtes à croissance déterminée que nous appellerons les rootlettes. De nombreuses études ont mis en évidence la capacité spectaculaire de ces rootlettes à améliorer l’acquisition du Pi, mais peu d’informations sont disponibles sur leur développement spécifique et en particulier le caractère déterminé de leur croissance. Les travaux de cette thèse visent à mettre en évidence les mécanismes moléculaires impliqués dans la croissance déterminée des rootlettes de racines protéoïde de lupin blanc.

En ce sens, une caractérisation anatomique et physiologique des rootlettes, associée à une approche transcriptomique, a permis de définir 5 stades de développement, menant à l’identification d’une profonde transition à la fois structurale et fonctionnelle. Ainsi, les rootlettes évoluent d’une phase de croissance, impliquant la présence d’une activité méristématique, vers une phase entièrement dédiée à la nutrition associée à la différentiation complète de leur méristème.

Dans le but de mettre en évidence les acteurs moléculaires de cette transition, les gènes LaWOX5.1-like et LaWOX5.2-like, homologues de AtWOX5 connu chez la plante modèle Arabidopsis pour son rôle central dans le maintien du méristème, ont été sur-exprimés dans des racines de lupin blanc par transformation génétique hairy-root. Cependant, les phénotypes racinaires obtenus n’ont pas permis de confirmer une implication de ces gènes dans la transition développementale des rootlettes.

Il est acquis que les rootlettes émergent de manière successive et génèrent un gradient développemental le long de la racine protéoïde. Notre attention s’est focalisée sur des rootlettes particulières qui se distinguent par une longueur plus importante, interrompant donc ce gradient caractéristique. La caractérisation anatomique de ces rootlettes anormalement longues a démontré de fortes similitudes avec la structure d’un apex de racine protéoïde à croissance indéterminée. Un jeu de données transcriptomiques a été généré afin de comparer : rootlettes longues, apex de racines protéoïdes et rootlettes courtes (standard). L’analyse de ces données a permis de montrer qu’un réseau de gènes impliqués dans l’auto-maintien du méristème est fortement exprimé dans les rootlettes longues par rapport aux rootlettes courtes (standard) juxtaposées. L’analyse de ce transcriptome a également permis de mettre en évidence le gène LaRGF2-like, homologue du peptide AtRGF2 connu pour être impliqué dans la régulation du méristème. La sur-expression de LaRGF2-like par transformation hairy-root dans des racines de lupin blanc semble permettre le maintien de la zone méristématique dans une majorité de rootlettes des racines transformées, suggérant un rôle important de ce gène dans la transition vers la croissance déterminée.

Ainsi, les travaux menés au cours de cette thèse ont permis d’apporter de nouvelles connaissances quant aux acteurs impliqués dans le développement déterminé des rootlettes. La compréhension du développement de ces structures spécialisées pourra éventuellement permettre de transférer la capacité à produire des racines protéoïdes ou des racines courtes dédiées à la nutrition chez d’autres espèces d’intérêt agronomique. À terme, cela pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur l’amélioration de la nutrition phosphatée des plantes, et permettre de réduire les apports d’engrais dans les sols.