[Truncated abstract] Salinity and waterlogging interact to reduce the growth of most crop and pasture species. Species that are productive on saline-waterlogging land are needed for Australian farming systems. One option is Lotus tenuis, a perennial legume widely grown for pasture in the flood-prone and salt-affected Pampa region of Argentina. To identify mechanisms responsible for the adverse interaction between salinity and waterlogging, Lotus tenuis with a reputation for tolerance was compared with L. corniculatus, the most widely cultivated Lotus species. The physiology of salt and waterlogging tolerance in L. tenuis (4 cultivars) was evaluated, and compared with L. corniculatus (3 cultivars). Overall, L. tenuis cultivars accumulated less Na+ and Cl-, and more K+ in shoots than L. corniculatus cultivars, when exposed to 200 mM NaCl for 28 d in aerated or in anoxic (stagnant agar) solutions. In a NaCl dose response experiment (0 to 400 mM NaCl in aerated solution), Lotus tenuis (cv. Chaja) accumulated half as much Cl- in its shoots than L. corniculatus (cv. San Gabriel) at all external NaCl concentrations, and about 30% less shoot Na+ in treatments above 250 mM NaCl. Ion distributions in shoots were determined for plants at 200 mM NaCl; L. tenuis (cv. Chaja) accumulated about half as much Cl- in old leaves, young leaves and stems, compared with concentrations in L. corniculatus (cv. San Gabriel). There were not, however, significant differences between the two species for Na+ concentrations in the various shoot tissues under aerated NaCl treatment. '...' Therefore, during early stages of exposure to salinity, L. tenuis accumulated a higher proportion of total Na+ in the roots under combined stagnant-plus-NaCl treatment (55% versus 39% for L. corniculatus). Na+ transporters, particularly those relying on H+ gradients across membranes, which in turn require adequate ATP levels, could be impaired under O2 deficits that inhibit respiration. To study the effect of O2 deficiency on a Na+ transporter, an NHX1-like gene was cloned from L. tenuis and identity established via sequencing and yeast complementation studies. Real-time qPCR showed expression of NHX1 in L. tenuis roots increased under stagnant-plus-NaCl treatment, whereas it was reduced in L. corniculatus. Thus, maintaining O2 transport to roots, together with up-regulation of an NHX1-like gene for Na+ accumulation in vacuoles, contributes to tolerance of L. tenuis to combined salinity and waterlogging stresses. This study highlights the importance of minimising Cl- transport to shoots as a mechanism of salt tolerance and has identified a CCC-like gene in L. tenuis as a candidate for mediating root-to-shoot Cl- transport. Under combined stagnant-plus-NaCl treatment, control of Na+ transport is another mechanism contributing to tolerance in these Lotus species. Enhanced root aeration in L. tenuis maintains root Na+ transport processes, such as accumulation in vacuoles via NHX1-like genes, to diminish xylem loading to the shoot. Overall, this thesis has contributed new knowledge on the potential of Lotus tenuis as a saltland pasture and has significantly enhanced current understanding on the mechanisms of salinity and waterlogging tolerance in plants.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les anomalies de l'activité des transporteurs d'ions et de l'expression des protéines de choc thermique (HSPs) ont été décrites dans les reins d'animaux hypertendus. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi. Les isoformes NKCC 1 et NKCC2 du co-transporteur Na, K+, Cl- sont inhibées par des diurétiques tels que le furosémide et le bumétanide et sont impliquées dans la sécrétion et la réabsorption transépithéliale du sodium et de l'eau. L'implication de l'isoforme NKCC 1 a aussi été démontrée dans la régulation du volume cellulaire, ainsi que dans la progression du cycle cellulaire et dans la prolifération. Le co-transporteur Na, Pi de type II joue un rôle majeur dans la réabsorption du phosphate par le tubule proximal, ainsi que dans la régulation des concentrations plasmatiques du phosphate inorganique et du Ca2+. La régulation de ces transporteurs est spécifique à chaque tissu et à chaque segment des tubules rénaux. Puisqu'il est connu que les HSPs sont impliquées dans la protection de certaines fonctions du transport transépithélial dans les tubules rénaux de poisson, notre hypothèse était que les HSPs modulent la régulation des transporteurs rénaux d'ions connus pour leur activité anormale dans l'hypertension artérielle. Toutefois, aucune étude n'avait évalué l'implication des HSPs dans la régulation des transporteurs d'ions dans des cellules d'épithélium rénal de mammifère. De plus, les HSPs peuvent jouer un rôle non seulement dans la modulation de l'activité basale des transporteurs d'ions, mais aussi dans leur régulation. Encore une fois, il n'existait aucune donnée sur ce sujet. Pour cette thèse de doctorat, nous avons donc choisi d'étudier un modèle physiologique d'épithélium rénal avant d'entreprendre des études sur un modèle pathologique tel que l'hypertension artérielle. Le but de nos travaux de recherche était d'examiner les voies de signalisation impliquées dans la régulation de différents transporteurs d'ions dans des cellules d'épithélium rénal de mammifère, ainsi que la modulation de ces transporteurs par le stress thermique et les HSPs. Nous avons choisi comme modèle d'épithélium rénal les cellules "Madin-Darby canine kidney" (MDCK) puisque cette lignée cellulaire a conservé, in vitro, plusieurs propriétés de l'épithélium rénal in vivo, dont le transport vectoriel et la régulation hormonale. De plus, des protéines de choc thermique HSPs peuvent être induites dans cette lignée. L'activité des transporteurs d'ions a été évaluée à l'aide d'isotopes radioactifs. L'effet des stress thermiques modéré et sévère, ainsi que du stress hyperosmotique, a été évalué. L'accumulation de l'ARN messager et l'expression des protéines HSP70 et HSP27 ont été étudiées par buvardages de type northern et western. Dans des études complémentaires, nous avons aussi mesuré les concentrations intracellulaires de Na, de K+, et de Cl- à l'aide d'isotopes radioactifs; les concentrations intracellulaires de Ca2+ à l'aide du fluo-3; la production d'inositol triphosphate par la mesure du composé marqué myo-[2-31P]-inositol et la phosphorylation de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK) par immuno-buvardage de lysats cellulaires avec les anticorps anti-phospho ERK. Nous avons démontré que, dans les cellules MDCK, la régulation du co-transporteur Na, K+, Cl- s'effectue principalement via des voies de signalisation impliquant les isoformes de la protéine kinase C sensibles au 4β-phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et via l'activation des purinocepteurs-P2X et/ou P2Y. Nous avons aussi démontré qu'aucun mécanisme connu de la signalisation induite par l'ATP n'est impliqué dans l'inhibition du co-transporteur Na, K+, Cl- par les purinocepteurs-P2X. Nos résultats suggèrent la présence d'une nouvelle voie de signalisation induite par les purinocepteurs-P2X. Le co-transporteur Na, Pi est aussi régulé par le PMA et par l'ATP. L'activation des purinocepteurs-P2 par l'ATP, ainsi que l'activation de la protéine kinase C par le PMA, diminuent de façon importante l'activité des co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi. L'activité basale des co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi est indépendante de la production des HSPs induites par le stress thermique. Nous avons observé que le stress thermique sévère augmente l'activité basale des co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi et abolit complètement la régulation de ces transporteurs par le PMA, sans modifier significativement celle obtenue par l'activation des purinocepteurs-P2. La production de HSP70 induite par le stress thermique modéré n'empêche pas l'activation des co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi à la suite d'un stress thermique sévère ni leur inhibition par les purinocepteurs-P2. En conclusion, dans les cellules MDCK, les purinocepteurs-P2 et les isoformes de la protéine kinase C sensibles au PMA sont impliqués dans la régulation de l'activité des co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi par des mécanismes différents, l'un insensible et l'autre sensible au stress thermique, respectivement. Mais cette régulation est indépendante de l'induction des HSP70 et HSP27. De plus, la régulation du co-transporteur Na, K+, Cl- par les purinocepteurs-P2 ne se fait pas par les mécanismes connus de la signalisation induite par l'ATP. Compte tenu de l'importance relative des membranes apicale et basolatérale pour la fonction de plusieurs transporteurs rénaux d'ions, dont les co-transporteurs Na, K+, Cl- et Na, Pi, des travaux sur le rôle des HSPs dans la régulation de ces transporteurs dans des cellules d'épithélium rénal cultivées sur un support perméable méritent d'être entrepris.