La symbiose légumineuse-rhizobium a une importance majeure pour les écosystèmes terrestres puisqu'elle permet à la plante hôte de fixer l'azote atmosphérique. L'interaction initiale entre le poil absorbant de la plante hôte et son partenaire bactérien repose sur un dialogue moléculaire complexe. L'évènement de signalisation le plus précoce, détecté immédiatement après la perception des facteurs Nod bactériens, est un influx de Ca2+, accompagné d'une inhibition de la pompe à proton et d'un efflux de Cl- conduisant à une dépolarisation de la membrane plasmique. Cette dépolarisation provoque un efflux de K+ permettant le repolarisation de la membrane. L'objectif de ce travail a été d'identifier des acteurs moléculaires de cette signalisation électrique en utilisant Medicago truncatula comme légumineuse modèle. Dans un premier temps, nous avons identifié un répertoire de gènes candidats à partir de l'analyse du transcriptome du poil absorbant obtenu par RNA-Seq. Nous avons alors exprimé différents candidats (2 canaux anioniques, 1 canal cationique potentiel de la famille CNGC et 1 canal potassique) dans des ovocytes de xénope pour tester leur fonctionnalité (dans ce système) et préciser leurs propriétés de transport. Nous nous sommes alors focalisés sur l'analyse de la fonction in planta du gène codant le canal potassique (démontré comme étant de type rectifiant sortant) en précisant son patron d'expression par transgenèse et sa fonction par génétique inverse. L'absence d'expression fonctionnelle de ce gène se traduit par la disparition complète du courant potassique voltage-dépendant sortant des cellules de M. truncatula. Les premières analyses indiquent que cette perte de fonction n'inhibe pas la capacité de nodulation de la plante mais l'affecte significativement. Elle impacte également la régulation de l'ouverture stomatique de la plante mais n'a pas d'effet sur la translocation de K+ dans la sève xylémienne racinaire vers les parties aériennes. / The legume-rhizobium symbiosis is of crucial importance in terrestrial ecosystems because it allows the plant to assimilate atmospheric nitrogen. The establishment of the interaction between plant root hairs and their symbiotic bacterial partners relies on complex signaling mechanisms. The earliest detected event, immediately triggered by root hair perception of Nod-factors, is a Ca2+ influx, proton pump inhibition and efflux of Cl- resulting in depolarization of the cell membrane. This depolarization is followed by K+ efflux, allowing repolarization of the cell membrane. The general objective of this work is to identify the molecular mechanisms underlying this electrical signaling by using the legume model Medicago truncatula. In a first step, we identified candidate ion channels and transporters by analyzing the root hair transcriptome obtained by RNA-Seq. Then, several candidate genes (1 member from the CNGC channel family, 1 from the Shaker K+ channel family and 2 from the SLAC anion channel family) were expressed in Xenopus oocytes to check their activity in this heterologous system and determine their functional properties. Then, we focused on the gene encoding the Shaker channel, shown to mediate outwardly-rectifying voltage-gated K+ selective currents. We analyzed its expression pattern using a GUS construct and its function in planta by phenotyping a loss-of-function mutant pant. A first set of experiments has shown that the loss-of-function mutation does not suppress the plant nodulation capacity but significantly depresses it. It also affects the control of stomatal aperture upon water stress but let unchanged K+ secretion into the xylem sap in roots and translocation towards the shoots.

Les cannabinoïdes sont une large classe de molécules qui agissent principalement sur les neurones, affectant la sensation de douleur, l'appétit, l'humeur, l'apprentissage et la mémoire. Des récepteurs cannabinoïdes spécifiques (CBR) ont été identifiés dans les neurones et d'autres types de cellules. Cependant, l'activation des CBR ne peut pas modifier directement l'excitabilité électrique des neurones, car les CBR ne génèrent pas de signaux électriques par eux-mêmes. Au lieu de cela, le potentiel membranaire et la signalisation électrique dans toutes les cellules excitables, y compris les neurones, sont générés par des canaux ioniques intégrés dans la membrane cellulaire. Récemment, il a été démontré que le cannabinoïde synthétique WIN55,212-2 affecte la mémoire en activant les récepteurs CB1, entraînant des changements de signalisation qui affectent le courant Ih généré par les canaux cycliques (HCN) activés par l'hyperpolarisation. Cependant, il a également été démontré que les cannabinoïdes régulent directement la fonction de plusieurs canaux ioniques, indépendamment de l'activation du CBR. Nous examinons ici si les cannabinoïdes, le 9-tétrahydrocannabidiol (THC) et le cannabidiol (CBD), que l'on trouve dans le cannabis sativa, peuvent réguler directement les canaux HCN1. En utilisant une pince de tension à deux électrodes (TEVC), sur des ovocytes de Xenopus, qui n'expriment pas de CBR, nous surveillons les changements dans la relation courant-tension, la cinétique de déclenchement et la dépendance à la tension des courants HCN1 dans des concentrations croissantes de cannabinoïdes. Nos données suggèrent que le CBD et le THC modulent directement le courant de HCN1. Étant donné que les cannabinoïdes sont des molécules thérapeutiques prometteuses pour le traitement de plusieurs troubles neurologiques, comprendre quelles cibles ils affectent, le mécanisme de leur régulation et comment ils se lient à des cibles potentielles sont des étapes essentielles de leur utilisation en tant que thérapies efficaces et du développement de cibles plus puissantes et plus efficaces médicaments spécifiques. / Cannabinoids are a broad class of molecules that act primarily on neurons, affecting pain sensation, appetite, mood, learning and memory. Specific cannabinoid receptors (CBRs) have been identified in neurons, and other cell types. However, activating CBRs cannot directly alter electrical excitability in neurons, since CBRs do not generate electrical signals on their own. Instead, membrane potential and electrical signaling in all excitable cells, including neurons, are generated by ion channels embedded in the cell membrane. Recently, it has been shown that the synthetic cannabinoid WIN55,212-2 effects memory by activating CB1 receptors, leading to signaling changes that affect the Ih current generated by hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide gated (HCN) channels. However, cannabinoids have also been shown to directly regulate the function of several ion channels, independently of CBR activation. Here we examine whether cannabinoids, 9-tetrahydrocannabidiol (THC) and cannabidiol (CBD), which are found in cannabis sativa, can directly regulate HCN1 channels. Using two-electrode voltage clamp (TEVC), on Xenopus oocytes, which do not express CBRs, we monitor changes in the current-voltage relationship, gating kinetics, and voltage-dependence of HCN1 currents in increasing concentrations of cannabinoids. Our data suggests CBD and THC directly modulate HCN1 current. Since cannabinoids are promising therapeutic molecules for the treatment of several neurological disorders, understanding what targets they affect, the mechanism of their regulation, and how they bind to potential targets are critical steps in their use as effective therapies and the development of more potent and target specific drugs.