Analyse physiologique et génétique de la fonction des aquaporines dans la racine d'Arabidopsis Thaliana
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Aquaporins are water channel proteins which facilitate the diffusion of water across cell membranes. These proteins define a large multigenic family with 35 members in Arahidopsis thaliana. In a first part of this work, we addressed the relevance of aquaporin regulation by cytoplasmic pH at the root level, and especially in stress conditions. Cytoplasmic pH and root water transport were followed using NMR and pressure chamber techniques, respectively. Results indicate that a cytoplasmic acidification was associated to a strong, rapid and reversible diminution of the hydraulic conductivity of Arabidopsis excised root systems. A same behavior was observed, whether acidification was induced by means of weak acid diffusion, cell treatment with respiratory drugs, or anoxia. A second aspect of this work concerns the analysis of 6 aquaporin single knockout mutants in Arabidopsis. These mutants concern the PIP sub-family and were obtained after insertion of the T-DNA from Agrobacterium tumefaciens. No growth or developmental phenotype could be observed for any of the mutant plants in any of the conditions investigated. The expression pattern of the PIP2;2 et PIP2;3 genes in roots was determined by GUS reporter gene analyses. In two PIP2;2 mutant lines, the hydraulic conductivity of root cortex cells and whole root systems was diminished by 25 % and 14 %, respectively. Altogether, our results point to a predominant function for PIP2;2 in maintaining efficient water uptake in response to small osmotic gradients within the root. The identification of a function for a specific aquaporin isoform discards the idea of a total functional redundancy within the aquaporin family. In conclusion, our work brings novel insights into general and specific aspects of aquaporin function in plant roots.
Abstract FR:
Les aquaporines sont des protéines capables de faciliter le transport de l'eau au travers des membranes cellulaires. Elles appartiennent à une grande famille multigénique comprenant 35 membres chez Arabidopsis thaliana. Une partie des travaux de cette thèse vise à évaluer l'importance, au niveau racinaire, de la régulation des aquaporines par le pH cytoplasmique, et en particulier en situation de stress. Des mesures combinées du pH cytoplasmique par RMN et du transport racinaire d'eau à l'aide d'une chambre à pression, ont montré qu'une acidification du cytoplasme est accompagnée d'une diminution forte, rapide et réversible de la conductivité hydrique de racines excisées d'Arabidopsis. Les mêmes effets sont observés, que l'acidification soit induite à l'aide d'un acide faible diffusible, par traitement des cellules à l'aide de poisons respiratoires, ou par imposition d'une anoxie. Le second volet de ce travail concerne l'analyse de 6 lignées mutantes d'Arabidopsis inactivées dans un gène unique d'aquaporine de la sous-famille PIP, par insertion d'ADN-T d'Agrobacterium tumefaciens. Aucune altération de la croissance ou du développement des lignées mutantes n'a été observée. L'utilisation du gène rapporteur GUS a permis d'établir le patron d'expression des gènes PIP2;2 et PIP2;3 au niveau de la racine. Chez deux lignées mutantes pour PIP2;2, la perméabilité hydrique est diminuée de 25 % au niveau des cellules corticales, et de 14 % au niveau des appareils racinaires. L'ensemble de nos résultats suggèrent que PIP2;2 pourrait être impliquée dans le maintien de flux intenses d'eau en réponse à de faibles gradients osmotiques dans la racine. L'identification de la fonction d'une isoforme spécifique d'aquaporine écarte ainsi l'hypothèse d'une redondance fonctionnelle totale au sein de la famille des aquaporines. En conclusion, ces travaux apportent des données originales sur les fonctions générales et spécifiques des aquaporines dans les racines de plantes.