Physiological and molecular approaches to better understand early events triggered by water deficit in Arabidopsis roots
Approches physiologiques et moléculaires pour mieux comprendre les évènements précoces déclenchés par le déficit hydrique dans la racine d’Arabidopsis
Résumé
Water availability stands as one of the most important limiting factor influencing crop productivity. Unraveling the mechanisms governing plant perception of water deficit has become crucial for agriculture, particularly in the context of frequent drought events due to climate change. Plant water potential is primarily composed of two biophysical parameters, the turgor potential (P) and the osmotic potential (Π), that will determine water movements in the soil-plant-atmosphere continuum. Here, decline in external Π and P reduction caused by mild water deficit (MWD, where cortical cells in the elongation zone of the primary root maintained turgidity) were considered as input signals, while early changes in gene expression was taken as a readout. To study the whole-genome transcriptional responses to variations in Π and P, water deficit was induced by treatments of the root with various osmolytes: NaCl, sorbitol, polyethylene glycol 8000 and ethylene glycol (EG), into the hydroponic solution. To further explore the regulatory mechanism of gene expression, we observed the effects caused by the transcriptional inhibitor cordycepin and genetic knockouts of components of mRNA decay pathways. Finally, we aimed at developing Π- and P- reporters, for which we used the regulatory elements (promoter and 3’UTR) of Π- and P- correlated genes to drive the expression of reporters.
La disponibilité de l’eau constitue l’un des facteurs limitants les plus importants influençant la productivité des cultures. Démêler les mécanismes régissant la perception du déficit hydrique par les plantes est devenu impératif pour l’agriculture, en particulier dans le contexte de fréquentes sécheresses dues au changement climatique. Le potentiel hydrique des plantes est principalement composé de deux paramètres biophysiques, le potentiel de turgescence (P) et le potentiel osmotique (Π), qui vont déterminer les mouvements de l’eau dans le continuum sol-plante-atmosphère. Ici, la diminution du Π externe et la réduction du P provoquée par un léger déficit hydrique (MWD, où les cellules corticales de la zone d’élongation de la racine primaire maintenaient la turgescence) ont été considérées comme des signaux d’entrée, tandis que les premiers changements dans l’expression des gènes ont été considérés comme des signaux de sortie. Pour étudier les réponses transcriptionnelles du génome entier aux modifications de Π et P, un déficit hydrique a été induit par des traitements de la racine avec divers osmolytes : NaCl, sorbitol, polyéthylène glycol 8000 et éthylène glycol (EG), dans la solution hydroponique. Pour explorer le mécanisme de régulation de l’expression des gènes, nous avons observé les effets provoqués par la cordycépine, un inhibiteur de la transcription, et l’inactivation génétique des composants des voies de dégradation de l’ARNm. Enfin, nous avons cherché à développer des rapporteurs de Π- et P-, pour lesquels nous avons utilisé les éléments régulateurs (promoteur et 3’UTR) des gènes corrélés Π- et P- pour piloter l’expression des rapporteurs
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