Les mouvements stomatiques en réponse aux stimuli environnementaux sont cruciaux pour le contrôle du statut hydrique de la plante et sa protection contre les pathogènes. L'acide abscissique (ABA) et les Motifs Moléculaires Associés aux Pathogènes (PAMPs), comme le peptide flg22, déclenchent, via le peroxyde d'hydrogène (H2O2), des processus de signalisation qui conduisent à la fermeture stomatique. Bien que les mouvements stomatiques impliquent d'importants flux membranaires d'eau et changements de volume cellulaire, le rôle des canaux hydriques membranaires (aquaporines, AQP) est resté hypothétique. Des expérimentations sur épidermes isolés montrent que les plantes pip2;1 d'Arabidopsis thaliana invalidées pour le gène codant pour PIP2;1, une AQP de la membrane plasmique, présentent un défaut de fermeture stomatique en réponse à l'ABA et au flg22, mais des réponses normales à l'obscurité, la lumière ou le dioxyde de carbone. Les protoplastes de cellules de garde de plantes sauvages présentent, contrairement aux protoplastes de plantes pip2;1, une augmentation de perméabilité hydrique (Pf) de deux fois en réponse à l'ABA. Une sonde génétique sensible à l'H2O2 (HyPer) a permis de révéler une accumulation d'H2O2 dans les cellules de garde de plantes sauvages en réponse à l'ABA et au flg22, accumulation qui est abolie chez les plantes pip2;1. SnRK2;6 (OST1), une protéine kinase étroitement liée aux récepteurs de l'ABA, est capable de phosphoryler in vitro un peptide cytoplasmique de PIP2;1, au niveau du résidu Ser121. SnRK2;6 augmente aussi l'activité de transport d'eau de PIP2;1 après co-expression en ovocytes de xénope. L'expression dans des plantes pip2;1 de formes mutées de PIP2;1 mimant un état phosphorylé (Ser121Asp) ou non phosphorylé (Ser121Ala) a permis de montrer que l'augmentation de Pf en réponse à l'ABA, l'accumulation intracellulaire d'H2O2 et la fermeture stomatique induites par l'ABA ou le flg22, requièrent la phosphorylation de PIP2;1 en Ser121. Ce travail fournit les premières évidences génétiques et physiologiques directes d'un rôle des AQPs dans les mouvements stomatiques. Nous proposons que PIP2;1 joue à la fois un rôle hydraulique et signalétique en facilitant le transport d'eau et H2O2 au travers de la membrane plasmique des cellules de garde. Sa phosphorylation en Ser121, par SnRK2.6 notamment, serait nécessaire à son activation dans ce contexte. / Stomatal movements in response to changing environmental conditions are crucial for controlling the plant water status and protecting plants against pathogens. Abscisic acid (ABA) or Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) such as the flg22 peptide, induce, via hydrogen peroxide (H2O2), signaling networks that lead to stomatal closure. Although stomatal movements involve marked water fluxes and changes in cell volume, the role of membrane water channels (aquaporins, AQP) has remained hypothetical. Functional assays in epidermal peels showed that Arabidopsis thaliana pip2;1 plants invalidated for plasma membrane AQP PIP2;1 have a defect in stomatal closure in response to ABA and flg22, but normal responses to dark, light or carbon dioxide. Guard cell protoplasts from wild-type plants showed a two-fold increase in osmotic water permeability (Pf) in response to ABA which was fully abrogated in pip2;1 plants. Plants expressing a H2O2 sensitive probe (HyPer) revealed an accumulation of H2O2 in guard cells of wild-type plants in response to ABA and flg22, which was abolished in pip2;1 plants. OST1 (SnRK2.6), a protein kinase closely linked to ABA receptors, was able to phosphorylate, in vitro and at Ser121, a cytosolic peptide of PIP2;1. SnRK2.6 also enhanced PIP2;1 water transport activity after co-expression in Xenopus oocytes. Expression in pip2;1 plants of a phosphomimetic (Ser121Asp) or a phosphodeficient form (Ser121Ala) of PIP2;1 allowed to demonstrate that the increase in guard cell protoplast Pf, the intracellular accumulation of H2O2 and stomatal closure induced by ABA and flg22 require the phosphorylation of PIP2;1 at Ser121. This work provides the first direct genetic and physiological evidence for aquaporin function in guard cells. We propose that PIP2;1 plays both a hydraulic and signaling role in guard cells, by facilitating the transport of water and H2O2 across the guard cell plasma membrane. PIP2;1 phosphorylation at Ser121, by SnRK2.6 in particular, would be required in this context.

Chez les végétaux supérieurs, la régulation des mouvements stomatiques permet de contrôler les échanges de CO2 et la montée de la sève brute tout en limitant les pertes excessives d'eau par transpiration. Ce contrôle est assuré par des variations rapides de la turgescence des deux cellules de garde formant le stomate dues à l'activité de nombreux canaux et transporteurs ioniques. Nous avons identifié un nouveau membre de la famille des CLC chez A. thaliana, AtCLC-c exprimé dans la cellule de garde. L'étude de l'expression d'AtCLC-c et du phénotype de mutants invalidés ont permis de démontrer son rôle dans l'ouverture stomatique à la lumière et la fermeture en réponse à l'ABA. Les mutants clcc accumulent moins d'ions Cl- dans leurs cellules de garde par rapport aux plantes sauvages et sont hypersensibles à un stress salin. Enfin, nous avons confirmé par des études d'électrophysiologie la sélectivité d'AtCLC-c aux ions Cl-. L'ensemble de ce travail montre l'importance du transporteur vacuolaire d'ions Cl- AtCLC-c dans les mouvements stomatiques et la tolérance au stress salin. / In plants, the high turgor is assured by ion transport and involves the creation and maintenance of a large vacuolar volume. In recent years, various chloride channels and transporters have been identified to be involved in specific functions such as plant nutrition, stomatal movements or metal tolerance. We have characterized a new member of the CLC family in A. thaliana, AtCLC-c, highly expressed in guard cell and up-regulated by ABA and salt treatment in the whole plant. Knock-out mutants in AtCLC-c are impaired in light-induced stomatal opening and ABA-induced stomatal closing correlated to a large decrease in guard cell Cl- content. Furthermore, clcc mutants are hypersensitive to salt stress compared to wild-type. Finally, using electrophysiological studies, we demonstrated that AtCLC-c is selective to Cl-. Altogether, this work shows that AtCLC-c is a tonoplastic Cl- transporter involved in stomatal movements and salt tolerance.

Sur l’épiderme des feuilles des végétaux supérieurs, se trouvent des pores appelés stomates et composés de deux cellules spécialisées, les cellules de garde. La régulation des mouvements stomatiques en réponse aux signaux de l’environnement permet le contrôle des échanges gazeux de la plante avec l’atmosphère. Ces mouvements sont dus à des variations rapides de la turgescence des cellules de garde. Les H+-ATPases sont des pompes à protons situées sur la membrane plasmique des cellules des végétaux. En excrétant les ions H+ dans l’apoplasme, ces protéines génèrent une force protomotrice capable de fournir l’énergie nécessaire à l’activation de canaux et transporteurs ioniques membranaires. Ce processus permet de contrôler la turgescence des cellules de garde. Des analyses d’expression nous ont permis d’identifier les trois isoformes d’H+-ATPases, AHA1, AHA2 et AHA5, exprimées dans la cellule de garde. Des études in silico nous ont révélé qu’en dépit d’une forte proximité génétique, ces trois protéines semblent être impliquées dans des voies de signalisation différentes. La caractérisation phénotypique d’une collection de mutants affectés dans l’expression de chacune des isoformes nous a permis de mettre en évidence qu’AHA1 est l’H+-ATPase spécifique de la réponse stomatique à la lumière bleue et que la perte d’expression de cette isoforme confère à la plante une croissance plus faible et une meilleure tolérance à la sécheresse que le sauvage. Enfin, nous avons confirmé par des études d’électrophysiologie et par l’élaboration de sondes fluorescentes pH-sensibles l’implication directe d’AHA1 dans la voie de signalisation de la lumière bleue dans la cellule de garde. / Stomata are pores laocated on high plant leaf epidermis and formed by two specialized guard cells. Stomatal movement regulation in response to environment allows the control plant-atmosphere gas exchanges. Stomatal movements are ruled by rapid turgor changes in guard cells. H+-ATPases are proton pomps expressed on plant cell plasma membrane. By extruding H+ in the apoplast, these proteins generate a protomotive force able to activate secondary ionic transporters and channels. This process leads to changes in ion homeostasy and in fine to turgor changes in the guard cell. Expression analyses allowed us to identify the three AHAs isoforms expressed in the guard cell : AHA1, AHA2 and AHA5. In silico study indicates that despite the high identity percentage between the three proteins, they seem involved in differents signalisation pathways. Phenotypic characterization of mutants impaired in the expression of each AHAs allowed us to conclude that AHA1 is specific for the blue light stomatal response. Furthermore, the lack of AHA1 leads to a lower growth and a better tolerance to drought stress of aha1 mutant compare to the wild type. Sugar metabolism studies in aha1 mutant gave us informations on the compensatory mecanism for stomatal opening in this mutant. Finally, we confirmed by electrophisiologcal studies and by fluorescent pH sensitive probes elaboration, the specific involvement of AHA1 in blue light signalisation pathway in the guard cell.

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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.