Pour étudier le rôle de la mitochondrie dans la tolérance à la sécheresse, la réponse à la contrainte hydrique a été comparée entre une lignée sauvage (WT) et un mutant CMSII (Cytoplasmic Male Sterile) de Nicotiana sylvestris. Chez le mutant CMSII, le complexe I mitochondrial est absent et la respiration est assurée par les NAD(P)H déshydrogénases alternes et elle est maintenue à un niveau supérieur de l'ordre de 20 à 30% à celui du WT. La différence observée entre les plantes WT et CMSII met en jeu non seulement le fonctionnement mitochondrial, mais également le fonctionnement des chloroplastes. En effet, l'activité photosynthétique du mutant est plus faible que celui du WT et elle est corrélée avec une plus faible conductance stomatique (gs) et mésophyllienne (gm).Après l'arrêt de l'arrosage, on observe que le contenu relatif en eau (RWC) diminue plus lentement chez les feuilles du CMSII. Ceci n'était pas le résultat d'une plus petite surface de transpiration ou d'une masse racinaire d'absorption plus élevé puisque le rapport partie aérienne/racine et la surface foliaire totale ont été similaires au début de l'expérience chez les deux génotypes. De plus la mutation n'a pas induit des changements au niveau des paramètres hydriques (P0, PTLP, RWCTLP) ni au niveau de la densité stomatique. La tolérance des plantes CMSII a été le plus probablement la conséquence de sa plus faible transpiration en conditions bien hydratées et aux premiers jours de déshydratation et non pas d'une meilleure efficacité d'absorption de l'eau puisque le contenu en eau du sol reste plus élevé chez CMSII après l'arrêt de l'arrosage. La plus faible conductance stomatique chez le CMSII bien hydraté a été expliquée par sa plus faible conductance hydraulique. De plus, contrairement au WT, le niveau des acides aminés totaux diminue au cours de la déshydratation lorsque le contenu en protéines solubles augmente chez les feuilles du CMSII, suggérant une accélération de la remobilisation des acides aminés. D'autre part, il a été aussi montré que le mutant CMSII est capable de s'acclimater mieux à la sécheresse que le WT lorsqu'ils ont été maintenus à un RWC de 80 % sur plusieurs jours. Sous ces conditions, la photosynthèse reste plus élevée chez le mutant que chez le WT. Cette meilleure acclimatation corrèle avec une plus forte photorespiration du CMSII sous conditions bien hydratées et sous conditions d'acclimatation. La photorespiration chez CMSII et le WT a été estimée par le transport électronique dévolu à l'oxygénation de RuBP et en plus par l'accumulation des métabolites impliqués dans la photorespiration. D'une part, l'acclimatation à la sécheresse diminue gm plus fortement chez le WT que chez le CMSII. D'autre part, le WT accumule la glycine ce qui laisse supposer que le glycine décarboxylase mitochondrial est plus affectée chez le WT que chez le CMS et inhibe ainsi la photorespiration. En effet, cette plus faible photorespiration chez le WT affecte les réactions primaires de la photosynthèse par une accumulation d'un gradient de protons estimé par le quenching non-photochimique (NPQ) de la fluorescence chlorophyllienne ce qui induit une diminution du transport électronique des réactions primaires de la photosynthèse.

Pour étudier le rôle de la mitochondrie dans la tolérance à la sécheresse, la réponse à la contrainte hydrique a été comparée entre une lignée sauvage (WT) et un mutant CMSII (Cytoplasmic Male Sterile) de Nicotiana sylvestris. Chez le mutant CMSII, le complexe I mitochondrial est absent et la respiration est assurée par les NAD(P)H déshydrogénases alternes et elle est maintenue à un niveau supérieur de l’ordre de 20 à 30% à celui du WT. La différence observée entre les plantes WT et CMSII met en jeu non seulement le fonctionnement mitochondrial, mais également le fonctionnement des chloroplastes. En effet, l’activité photosynthétique du mutant est plus faible que celui du WT et elle est corrélée avec une plus faible conductance stomatique (gs) et mésophyllienne (gm).Après l’arrêt de l’arrosage, on observe que le contenu relatif en eau (RWC) diminue plus lentement chez les feuilles du CMSII. Ceci n’était pas le résultat d’une plus petite surface de transpiration ou d’une masse racinaire d’absorption plus élevé puisque le rapport partie aérienne/racine et la surface foliaire totale ont été similaires au début de l’expérience chez les deux génotypes. De plus la mutation n’a pas induit des changements au niveau des paramètres hydriques (P0, PTLP, RWCTLP) ni au niveau de la densité stomatique. La tolérance des plantes CMSII a été le plus probablement la conséquence de sa plus faible transpiration en conditions bien hydratées et aux premiers jours de déshydratation et non pas d’une meilleure efficacité d’absorption de l’eau puisque le contenu en eau du sol reste plus élevé chez CMSII après l’arrêt de l’arrosage. La plus faible conductance stomatique chez le CMSII bien hydraté a été expliquée par sa plus faible conductance hydraulique. De plus, contrairement au WT, le niveau des acides aminés totaux diminue au cours de la déshydratation lorsque le contenu en protéines solubles augmente chez les feuilles du CMSII, suggérant une accélération de la remobilisation des acides aminés. D’autre part, il a été aussi montré que le mutant CMSII est capable de s’acclimater mieux à la sécheresse que le WT lorsqu’ils ont été maintenus à un RWC de 80 % sur plusieurs jours. Sous ces conditions, la photosynthèse reste plus élevée chez le mutant que chez le WT. Cette meilleure acclimatation corrèle avec une plus forte photorespiration du CMSII sous conditions bien hydratées et sous conditions d’acclimatation. La photorespiration chez CMSII et le WT a été estimée par le transport électronique dévolu à l’oxygénation de RuBP et en plus par l’accumulation des métabolites impliqués dans la photorespiration. D’une part, l’acclimatation à la sécheresse diminue gm plus fortement chez le WT que chez le CMSII. D’autre part, le WT accumule la glycine ce qui laisse supposer que le glycine décarboxylase mitochondrial est plus affectée chez le WT que chez le CMS et inhibe ainsi la photorespiration. En effet, cette plus faible photorespiration chez le WT affecte les réactions primaires de la photosynthèse par une accumulation d’un gradient de protons estimé par le quenching non-photochimique (NPQ) de la fluorescence chlorophyllienne ce qui induit une diminution du transport électronique des réactions primaires de la photosynthèse. / To investigate the role of mitochondria in drought stress, the response to water deprivation was compared between Nicotiana sylvestris wild type (WT) plants and the CMSII respiratory complex I mutant. In CMSII, alternative NAD(P)H-dehydrogenases bypassing complex 1 allow respiration.. The difference of mitochondrial function between WT and CMSII plants affect also photosynthesis. The CMSII has lower photosynthetic actitvity than the WT and lower stomatal (gs) and internal (gm) conductances to CO2. When watering of plants with similar leaf surface and similar shoot/root ratio was stopped the relative water content (RWC) declined faster in WT as compared to CMSII leaves. Furthermore, CMSII and WT leaves had the same osmotic potential at leaf saturation (P0) and at leaf turgor lost pressure (PTLP) and the same stomatal density. The slower decline of RWC in CMSII, compared to WT leaves, was most likely the consequence of the lower stomatal conductance (gs) under well-watered conditions and during the first days after withholding watering, The lower stomatal conductance of well-watered CMSII leaves correlated with a lower hydraulic conductance of leaves. Remarkably, total free amino acid levels declined and total soluble protein content increased in CMSII leaves, while the opposite was observed in WT leaves. This suggests protein synthesis in CMSII but protein degradation in WT leaves during drought stress. We also show that CMSII leaves better acclimate to drought stress than the WT leaves. After several days at 80 % RWC , photosynthesis is higher in the mutant than in WT. As compared to the WT, the mutant shows higher rates of photorespiration before and after acclimation to drought.The strong accumulation of glycine in the WT suggests that photorespiration may be limited at the level of glycine decarboxylase. In addition, after acclimation to drought gm declined markedly in WT but not in CMSII leaves, thus further limiting CO2 supply for photosynthesis in the WT. The resulting lower photosynthesis and photorespiration in WT leaves affect also the primary reaction of photosynthesis by increasing the non-photochemical fluorescence quenching (NPQ) and decreasing linear electron transport.

Dans le contexte de changement climatique, la compréhension des mécanismes régissant les pertes en eau de la vigne peut permettre d'adapter le matériel végétal pour maintenir la productivité de la vigne et la qualité du vin. L'adaptation à la sécheresse est un caractère complexe faisant intervenir des mécanismes physiologiques liés aux génotypes du greffon et du porte-greffe. Mais les effets du porte-greffe sur la régulation stomatique du greffon sont mal connus. La production par les racines de signaux chimiques tels que l'ABA et/ou hydraulique pourraient y contribuer. La réponse physiologique et moléculaire à la contrainte hydrique a été analysée sur de jeunes boutures pour 7 porte-greffes plus ou moins adaptés à la sécheresse et 2 cépages connus pour leur caractère iso ou anisohydrique. Puis 23 combinaisons greffon/porte-greffe issues de ces génotypes ont été étudiées. Une analyse métabolique sur l'accumulation de l'ABA et ses dérivés a été menée sur feuilles, racines et dans la sève xylémienne. Ces informations ont été couplées à des analyses transcriptomiques sur des gènes du métabolisme et de la signalisation de ABA, et codant des aquaporines de type PIP. L‘analyse conjointe des données physiologiques, métabolomiques et transcriptomiques ont permis d'identifier des composants moléculaires discriminant les porte-greffes selon leur fond génétique et leur adaptation à la sécheresse. Les réponses globales à la contrainte hydrique sont mieux coordonnées au sein d‘un même tissu qu‘entre racines et feuilles. A l‘échelle de la plante greffée, une prépondérance du signal hydraulique est probable. Certains gènes répondent spécifiquement aux interactions greffon/porte-greffe. / In the context of climate change, understanding the mechanisms governing the water loss of the vine is necessary to adapt the plant material to maintain the productivity of the vine and wine quality. The adaptation to drought is a complex trait involving physiological mechanisms related to scion and rootstock genotypes. But the effects of the rootstock on stomatal regulation graft are still unknown. Production by roots of chemical signals such as ABA and / or hydraulic ones be involved. Molecular and physiological responses to water stress were analyzed on young cuttings for 7 rootstocks more or less adapted to drought and 2 varieties known for their iso or anisohydric behaviour. Then 23 combinations scion / rootstock from these genotypes were investigated. Metabolic analyses for ABA and its derivatives was conducted in leaves, roots and in the xylem sap. The information was integrated with transcriptomic analyzes for genes involved in ABA metabolism and signaling, and encoding PIP aquaporins. Joint analyses of physiological data, metabolomic and transcriptomic allow the identification of the molecular components discriminating rootstocks according to their genetic background and their adaptation to drought. Global responses to water stress are better coordinated within the same tissue between roots and leaves. At the scale of the grafted plant, a preponderance of the hydraulic signal is likely. Some genes specifically respond to the scion / rootstock interactions.

Le pommier (Malus Xdomestica Borkh.) cultivé en climat à hiver doux, avec un manque d'une quantité suffisante d'heures de températures froides, présente des anomalies morphologiques et physiologiques. Sur le plan de la phénologie, il s'agit notamment d'un débourrement printanier tardif et désynchronisé entre les différents bourgeons d'un même arbre. Sur le plan agronomique, la floraison et la nouaison sont irrégulières et étalées dans le temps et conduisent à une faible production de fruits. L'objectif de ce travail de thèse est premièrement de mieux caractériser les effets des températures hivernales sur le débourrement et la croissance des bourgeons axillaires en distinguant les effets respectifs des températures hivernales et du génotype. Il s'agit ensuite de vérifier l'hypothèse que les effets des températures sur le débourrement du bourgeon s'effectue via les effets sur son statut hydrique. Les travaux ont été réalisés en France et au Brésil. En France, les expérimentations ont porté sur quatre cultivars à fort besoin (‘Granny Smith', ‘Royal Gala', ‘Starkrimson') ou faible besoin (‘Condessa') en froid, cultivés en hiver froid (conditions extérieures) et doux (serres climatisées). Nous montrons que le débourrement résulte d'une séquence d'évènements où la température hivernale joue un rôle primordial sur les mécanismes de sortie de dormance et donc sur le débourrement proprement dit, durant la période froide. Les caractéristiques propres du cultivar jouent par contre un rôle dans la croissance ultérieure des bourgeons et donc dans l'architecture finale de la pousse du pommier. Par ailleurs, la chute tardive des feuilles, caractéristique du pommier en hiver doux, a peu d'effets sur le débourrement et la croissance des bourgeons. L'analyse du statut hydrique des bourgeons a été réalisée sur le tiers distal des pousses de pommier caractérisé par une forte fréquence de ramification en climat à hiver froid. Nous montrons que, dans la période allant de l'endordormance à la phase de pré-débourrement, la conductance hydraulique à la jonction entre l'axe porteur et le bourgeon varie peu au cours de l'hiver et entre cultivars. Par ailleurs, durant cette même période le potentiel hydrique intra-bourgeon reste négatif, entre -4.35 and -2.24 MPa. Enfin, quel que soit le cultivar, nous ne montrons pas de relation entre les températures hivernales, le potentiel hydrique ou la teneur relative en eau des bourgeons, et l'aptitude au débourrement ultérieur. Ces résultats suggèrent que le bourgeon est hydrauliquement isolé de son axe porteur pendant toute la période hivernale jusqu'à quelques jours précédant le débourrement. Les expérimentations au Brésil ont porté sur le cultivar ‘Eva ‘ à faible besoin en froid, cultivés en conditions naturelles d'hiver doux. Il s'agissait de vérifier les effets possibles de la position du bourgeon le long de l'axe porteur sur sa taille et sa teneur relative en eau. Nous montrons que, tout au long de l'hiver, les bourgeons distaux sont caractérisés par une plus grande taille et une teneur relative en eau plus élevée que les bourgeons proximaux avec une forte augmentation de la teneur relative en eau une semaine avant le débourrement printanier. Le débourrement acrotone semble donc résulter d'une évolution rapide du statut hydrique du bourgeon en fin d'écodormance. L'ensemble des résultats acquis en France et au Brésil, sur des cultivars caractérisés par des besoins variables en froid hivernal, indique que l'aptitude au débourrement printanier des bourgeons de pommier est davantage lié à un « effet rameau entier » qu'au statut hydrique proprement dit des bourgeons individuels, tout au moins jusqu'à quelques jours avant le débourrement effectif. La pousse annuelle de pommier apparait donc comme une unité morphologique et physiologique intégrée qui, dans un contexte climatique donné, conditionne le statut hydrique de chaque bourgeon et son aptitude au débourrement. / The apple tree (Malus Xdomestica Borkh.) presents morphological and physiological anomalies when grown in mild winter climates with insufficient winter chilling to overcome winter dormancy. Symptoms are typically delayed and erratic budburst, entailing desynchronized flowering and fruit-set and poor agronomic performances. This thesis aimed at gaining more insights on the following issues. Firstly, what are the effects of winter temperatures on axillary burdburst and bud outgrowth, and what are the respective effects of winter temperatures and cultivar?, and secondly, is there a link between the temperature-dependent budburst and bud water status? Works were done in France and Brazil. In France, experiments were carried out in controlled conditions on four apple cultivars characterized by either high chilling (‘Granny Smith', ‘Royal Gala', ‘Starkrimson') or low chilling (‘Condessa') requirements and were submitted to outdoor-cold and greenhouse-mild winter temperatures. We showed that the actual shoot architecture and budburst resulted from an ordered sequence of events with a pivotal role of winter temperatures on the dormancy completion of individual lateral buds. Endogenous factors related to the cultivar branching pattern overtook the temperature effect on the lateral bud outgrowth. Furthermore, the delayed senescence and subsequent leaf persistence during winter, characterizing the apple tree in the mild winter temperature conditions, had only a weak effect on the topological distribution of budburst and lateral outgrowth. The analyses of bud water status were done on distal buds only, characterized by high budburst frequency in cold winter conditions. We showed that, from endodormancy to the pre-budburst stage, xylem conductance at the stem-to-bud junction did not show consistent changes across cultivars and winter temperature treatments. Bud water potential had negative values, between -4.35 and -2.24 MPa, depending on cultivars and winter temperature treatments. Moreover, whatever the cultivar, there were no significant trends across dates for the effects of winter temperatures on bud water potential and relative water content without a consistent relationship with actual spring budburst frequency. These results suggested that lateral buds were hydraulically isolated from the parent stem during winter until a few days before budburst. The other set of experiments was carried out in Brazil, under mild winter conditions, on the low chilling apple cultivar ‘Eva'. The objectives were to gain more insights on the effect of the position of the over-wintering lateral bud along the whole-parent shoot on bud size and water content. Results highlighted that distal buds were larger and had a higher water content than proximal buds with a strong increase of water content a week before spring budburst. It was concluded that the acrotonic pattern of budburst was mainly established during ecodormancy. As a whole, we showed that spring budburst seemed more related to a whole-shoot effect than to the water status of the individual bud during winter dormancy. Our study substantiated the importance of the whole shoot as an integrated morphological and physiological unit in driving budburst and further growth.

La performance d'une plante repose en partie sur sa capacité à capturer l'énergie lumineuse via la croissance foliaire. La littérature souligne deux limitations majeures de la croissance, de nature métabolique ou hydraulique. Nous testons ici l'hypothèse originale que l'importance relative de ces deux limitations est structurée par l'ontogenèse de la feuille chez Arabidopsis thaliana. Nous montrons que la disponibilité en carbone restreint la croissance des jeunes feuilles, tandis qu'une compétition hydraulique entre croissance et transpiration s'accroît au cours de l'ontogenèse. La mise en place de cette limitation hydraulique s'explique par une dégradation de la capacité du xylème et probablement des aquaporines à approvisionner la feuille en eau, malgré une diminution ontogénétique de la transpiration. Cette dernière est la conséquence de l'acquisition progressive de la sensibilité des stomates aux signaux de fermeture, notamment l'obscurité et l'acide abscissique (ABA), hormone induite par la sécheresse. Enfin, nous mettons en évidence une nouvelle composante de la sensibilité stomatique à l'ABA, conservée chez des mutants décrits comme insensibles à cette hormone : l'ABA induit une diminution de la conductance hydraulique foliaire qui abaisse le potentiel hydrique foliaire et in fine la conductance stomatique. Ce mécanisme chez les feuilles développées contribuerait sous stress hydrique à rediriger le flux d'eau vers les feuilles en croissance. Plus généralement, le contrôle des stomates par des mécanismes hydrauliques induits par l'ABA pourrait être une composante majeure de l'ajustement entre offre et demande en eau chez les plantes soumises à un stress hydrique. / In plants, leaf growth is the central process allowing energy capture and space colonization. The literature suggests that leaf growth is predominantly determined by metabolic and hydraulic limitations. Here, we test the original hypothesis that the relative importance of metabolics and hydraulics on the control of leaf growth is organized according to leaf ontogeny in Arabidopsis thaliana. We show that leaf carbon balance limits growth of the young leaves which therefore grow at a slower rate in the nighttime, while a hydraulic limitation gradually establishes in the daytime, when growth and transpiration competes for water. This gradual hydraulic limitation is underlain by a deterioration of leaf venation and probably aquaporins capacity to supply water to the leaf, despite an ontogenetic decrease in transpiration. This decline in transpiration occurs because stomata acquire throughout leaf ontogeny their sensitivity to the major closure signals, including darkness and abscisic acid (ABA), a hormone induced by drought. Finally, we discover a novel component of stomatal sensitivity to ABA, conserved in mutants described as insensitive to ABA in isolated epidermis: ABA induces a decrease in leaf hydraulic conductance which lowers leaf water potential and stomatal conductance according to a hydraulic cascade. Decreasing leaf hydraulic conductance through ABA action in fully expanded leaves would contribute to redirect water flow to the young leaves under water stress. More generally, controlling stomata by ABA-induced hydraulic mechanisms could be a crucial component of the coordination between water supply and water demand in plants under water challenging conditions.