La salinité de l'eau d'irrigation et des sols est l'une des principales contraintes abiotiques en agriculture. Parmi les 130 mha de riz cultivés dans le monde, 30% environ se trouvent dans des zones où la salinité est trop élevée pour permettre de bons rendements. Dans l'objectif de mieux comprendre le rôle des systèmes de transport de Na+ dans la compartimentation de Na+ dans la plante permettant de maintenir un rapport K+/Na+ élevé dans les tissus sensibles lors d’un stress salin, je me suis intéressé à deux transporteurs de la famille HKT, OsHKT1;1 et OsHKT1;3, chez le riz, la plante modèle des céréales. Mon principal projet a allié une stratégie "promoteur::GUS" pour préciser les patrons d'expression in planta des deux gènes, et une approche de génétique inverse en produisant des mutants pertes de fonction à l’aide de la technologie CRISPR-Cas9, qui s’est confirmée être un outil efficace pour générer des mutations indèles après cassure ciblée de l’ADN, transmissibles de façon stable chez le riz. Les tests histochimiques de l’activité GUS ont montré une expression prédominante d’OsHKT1;1 et d’OsHKT1;3 dans les tissus vasculaires (parenchyme xylémien et/ou phloème), essentiellement au niveau des parties aériennes. L’analyse phénotypique des plantes "CRISPR" a mis en évidence des modifications des profils d’accumulation de Na+ dans les feuilles chez les mutants: défaut d’accumulation de Na+ dans les gaines foliaires pour les plantes oshkt1;1 et répartition altérée de Na+ entre les vieilles et les jeunes feuilles chez les plantes oshkt1;3, conduisant à une augmentation de la teneur en Na+ dans les limbes des jeunes feuilles chez les 2 types de mutants. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’OsHKT1;1 et OsHKT1;3 participent au dessalage des jeunes limbes foliaires lors d’un stress salin, via des mécanismes différents, contrôlant les transports xylémiques et phloémiens de Na+. En plus de cette étude, j’ai collaboré avec un groupe de généticiens, qui avait identifié une forte association entre des différences écotypiques de contenu racinaire en Na+ et de rapport K+/Na+, et une région du chromosome 4 du riz comprenant le gène OsHKT1;1. En comparant fonctionnellement par électrophysiologie les deux variants majeurs d’OsHKT1;1, des différences de capacités de transport de Na+ susceptibles d’expliquer le trait racinaire ont été observées. L’ensemble des données obtenues souligne l’intérêt d’analyser tous des gènes HKT de riz dans les mécanismes de tolérance de la plante à la salinité / The salinity of irrigation water and soils is one of the main abiotic constraints in agriculture. Among the 130 mha of rice grown around the world, about 30% are in areas where salinity is too high to allow for good yields. In order to better understand the role of Na+ transport systems in the compartmentalization of Na+ in the plant to maintain a high K+/Na+ ratio in sensitive tissues during salt stress, I focused on two transporters from the HKT family, OsHKT1;1 and OsHKT1;3, in rice, the model cereal species. My main project combined a “promoter::GUS” strategy to specify the expression pattern of both genes, and a reverse genetics approach by producing loss-of-function mutants using the CRISPR-CAS9 technology, which was confirmed to be an efficient tool for generating indel mutations after targeted DNA breaks, stably transmitted in rice. Histochemical tests of GUS activity showed predominant expression of OsHKT1;1 and OsHKT1;3 in vascular tissues (xylem parenchyma and/or phloem), mainly in the aerial parts. Phenotypic analysis of "CRISPR" plants revealed changes in leaf Na+ accumulation profiles in mutants: lack of Na+ accumulation in leaf sheaths for oshkt1;1 plants and altered distribution of Na+ between old and young leaves in oshkt1;3 plants, leading to an increase in the leaf blade Na+ content in both types of mutants. Overall, these results suggest that OsHKT1 and OsHKT1.3 contribute to the desalination of young leaf blades during salt stress, via different mechanisms, controlling transports of Na+ through the xylem and phloem. In addition to this study, I collaborated with a group of geneticists who identified a strong association between ecotypic differences in root Na+ and K+/Na+ ratio, and a region of chromosome 4 of rice including the OsHKT1;1 gene. By comparing electrophysiologically the two major variants of OsHKT1;1, differences in Na+ transport capacities that could explain the root trait were observed. All the data obtained underline the interest of analyzing all HKT genes of rice in the mechanisms of plant tolerance to salinity.

Un prélèvement efficace de K+ à partir du sol est essentiel au développement des végétaux. Sur un sol riche en NaCl, le maintien d'un prélèvement sélectif et efficace de K+ à partir du sol et le contrôle de l'exportation de Na+ par la racine vers les feuilles constituent des fonctions essentielles pour la survie de la plante. Chez les plantes, les transporteurs HKT (High-affinity K+ Transporters) sont classés en deux sous-familles sur des bases phylogénétiques et de sélectivité ionique. Les membres de la sous-famille 1 transportent sélectivement Na+. Plusieurs d'entre eux ont été identifiés comme des acteurs majeurs de l'adaptation des plantes aux fortes salinités du sol en prévenant l'accumulation de Na+ dans les parties aériennes. Les membres de la sous-famille 2 co-transportent Na+ et K+. Leur rôle dans la plante, notamment dans le transport de K+, est encore mal compris. Je me suis intéressé à différents systèmes de transports de K+ et Na+, appartenant essentiellement à la famille HKT chez le riz. La caractérisation que j'ai effectuée a fait appel à plusieurs approches : électrophysiologie (voltage-clamp après expression en ovocyte de xénope), biologie cellulaire, génétique inverse et PCR en temps réel. L'analyse de l'expression par RT-PCR en temps réel de toute la famille HKT (4 membres dans chacune des deux sous-familles) a montré que ces transporteurs sont différemment exprimés au niveau des racines et des feuilles, et que leur niveau de transcrits est fortement et differentiellement régulé en conditions de stress salin ou osmotique et en présence d'hormones, ce qui suggère que ces différents systèmes jouent des rôles propres et diversifiés dans la plante. L'analyse plus détaillée d'OsHKT2;4, a montré par expression hétérologue dans l'ovocyte de xénope que ce système possède des propriétés fonctionnelles originales: il transporte sélectivement K+ à faibles concentrations de Na+, mais co-transporte Na+ et K+ à fortes concentrations de Na+ (>10 mM). L'analyse de l'expression d'OsHKT2;4 a révélé que ce transporteur est surexprimé en condition de carence en K+ et de stress salin, suggérant qu'OsHKT2;4 pourrait jouer un rôle important dans le transport de K+ dans ces deux conditions. Enfin, un patron d'expression nouveau pour un transporteur HKT a été révélé par l'analyse de plantes transgéniques exprimant le promoteur d'OsHKT2;4 fusionné aux gènes rapporteurs GUS ou GFP : en plus d'une localisation classique dans les tissus conducteurs, une forte expression est observée dans les stomates des gaines et des limbes foliaires, suggérant un rôle dans l'osmocontractilité de ces cellules.Mots clés: Oryza sativa, transport de potassium, transporteur HKT, Na+-K+ co-transporteur, électrophysiologie, ovocyte de xénope, localisation tissulaire, PCR quantitative, stress salin / Efficient uptake of K+ from the soil solution is essential for plant development. When plants are grown on a soil rich in NaCl, the maintenance of an efficient and selective uptake of K+ and the control of Na+ export from roots to shoots are crucial for plant survival. In plants, transporters belonging to the HKT (Highaffinity K+ Transport) family have been sorted in two subfamilies based on phylogenetic grounds and functional properties. Subfamily 1 members transport selectively Na+. Several of them have been shown to play major roles in plant adaptation to salt stress by preventing excessive accumulation of Na+ in shoots. Subfamily 2 members are thought to co-transport Na+ and K+, at least when expressed in heterologous systems. Their roles in planta, especially their potential role in K+ transport, are still largely unknown. I have been interested in different K+ and/or Na+ transport systems in rice, mostly belonging to the HKT family. For their characterization, different approaches have been used: electrophysiology (two-electrode voltage-clamp after expression in Xenopus oocytes), cell biology, reverse genetics and real-time PCR. Realtime RT-PCR analyses on the whole family of rice HKT transporters (4 members in both subfamilies) showed that the expression level in roots and leaves of these different systems is variable, and is differentially regulated by salt and osmotic stresses as well as by hormonal treatments, which suggests that these transporters have diverse and differentiated functions in the plant. A detailed analysis of OsHKT2;4 revealed original functional properties: this HKT transporter was indeed shown to be K+-selectively in the presence of low external Na+, but to switch to Na+ and K+ co-transport mode at high (>10 mM) Na+ concentrations. Expression analysis of OsHKT2;4 showed that this transporter is overexpressed upon salt stress and K+ shortage, which suggests that it could play an important role in K+ transport in these two conditions. At last, a new expression pattern for an HKT transporter was evidenced through the analysis of transgenic rice plants expressing OsHKT2;4 promoter fused to the GUS or GFP reporter genes: in addition to a classical localization in vascular tissues, expression of OsHKT2;4 was observed in stomata, suggesting a role for OsHKT2;4 in osmotic regulation in these cells