Sollicitations mécaniques et transport de l’information à longue distance chez le peuplier - Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre Fruitier et Forestier Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Mechanical stresses and long distance signaling in poplar

Sollicitations mécaniques et transport de l’information à longue distance chez le peuplier

Résumé

Under natural conditions, plants are subjected to non-injurious mechanical stresses such as touch and wind. The mechanical stress of a plant leads to a local response with a modification of secondary growth, and potentially a remote response with a modification of primary growth. This remote response suggests the transfer of information from the solicited area. The nature of the information vector remains unknown to date, but several hypotheses have been formulated in the literature. This work shows the propagation of an electrical signal following the bending of the poplar stem by extracellular electrophysiology measurements. This study highlights the propagation of a gradual potential (GP), an electrical response with original characteristics. Indeed, although it has the form of an action potential (AP), its amplitude is not constant and its high propagation speed has an exponential attenuation. These characteristics differentiate it from the AP and its electrotonic propagation, leading us to imagine another mode of propagation and to formulate the hypothesis of a hydro-electric coupling. In this hypothesis, the hydraulic pressure wave (HPW) generated by bending would propagate in the xylem vessels and activates mechanoreceptors in neighboring cells, initiating the GP. To test this hypothesis, several experiments aim at characterizing GP under different bending modalities were conducted. The results show that propagation distance and propagation velocity are two parameters of the GP impacted by the bending intensity, parameters that affect the amplitude of the HPW. In contrast, the amplitude of the GP near the stressed area does not vary with the bending intensity applied to the stem. Although several experiments show a correlation between these 2 signals, further experiments are needed to support the hydro-electric coupling hypothesis and conclude on the origin of the GP. In addition, to determine whether the GP is likely to trigger a biological response at a distance from the bent zone, different RNA seq experiments were undertaken. Analysis of the data reveals a significant transcriptional response at a distance from the solicited zone that appears to be dependent on the passage of a GP, since no modulation of the transcriptome is revealed in areas where it does not pass. The transcriptional response away from the stressed area is distinct from the transcriptional response associated with a slow wave, an AP, or that of the bent zone. These results confirm a complex relationship between solicitation, signaling, and long-distance response.
Dans les conditions naturelles, les plantes sont soumises à des stress mécaniques non lésants comme le toucher et le vent. La sollicitation mécanique d’une plante entraine une réponse locale avec notamment une modification de la croissance secondaire, et potentiellement une réponse à distance avec une modification de la croissance primaire. Cette réponse à distance suggère le transfert de l’information depuis la zone sollicitée. La nature du vecteur de l’information reste inconnue à ce jour, mais plusieurs hypothèses sont formulées dans la littérature. Au cours de ces travaux de thèse, la propagation d’un signal électrique suite à la flexion de la tige de peuplier a été étudiée par des mesures d’électrophysiologie extracellulaire. Cette étude a permis de mettre en évidence la propagation d’un potentiel graduel (PG), une réponse électrique aux caractéristiques originales. En effet, bien qu’elle présente la forme d’un potentiel d’action (PA), son amplitude n’est pas constante et sa vitesse de propagation élevée présente une atténuation exponentielle. Ces caractéristiques la différencient du PA et de sa propagation électrotonique, poussant à imaginer un autre mode de propagation et à formuler l’hypothèse d’un couplage hydro-électrique. Dans cette hypothèse, l’onde de pression (OP) hydraulique générée par la flexion serait responsable, en se propageant dans les vaisseaux du xylème, d’activer des mécanorécepteurs dans les cellules voisines, initiant le PG. Afin de tester cette hypothèse, plusieurs expériences visant à caractériser le PG sous différentes modalités de flexions ont été menées. Les résultats montrent que la distance de propagation et la vitesse de propagation sont deux paramètres du PG impactés par l’intensité de la flexion, paramètres qui affectent l’amplitude de l’OP. En revanche, l’amplitude du PG à proximité de la zone sollicitée ne varie pas avec l’intensité de la flexion appliquée à la tige. Bien que plusieurs expériences montrent une corrélation entre ces 2 signaux, des expériences complémentaires sont nécessaires pour conforter l’hypothèse du couplage hydro-électrique et conclure sur l’origine du PG. De plus, afin de déterminer si le PG est susceptible de déclencher une réponse biologique à distance de la zone fléchie, différentes expériences de RNA seq ont été entreprises. L’analyse des données a révélé une réponse transcriptionnelle importante à distance de la zone sollicitée semblant dépendre du passage d’un PG, puisque aucune modulation du transcriptome n’est révélée dans les zones où il n’est pas passé. La réponse transcriptionnelle à distance de la zone sollicitée se distingue de la réponse transcriptionnelle associée à une OL, à un PA ou à celle de la zone sollicitée lors de la flexion de tige. Ces résultats confirment une relation complexe entre sollicitation, signalisation et réponse à longue distance.
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Citer

Erwan Tinturier. Sollicitations mécaniques et transport de l’information à longue distance chez le peuplier. Biologie végétale. Université Clermont Auvergne, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UCFAC056⟩. ⟨tel-04062085⟩
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