Discussion générale

CHAPITRE 1 – Discussion et perspectives

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Figure 6. Modèle schématique des voies métaboliques potentiellement régulées par la protéine ZmMYB31 au cours de la croissance des feuilles et des soies en condition de déficit hydrique. Les transcrits (italique), protéines et métabolites, dont les teneurs diffèrent entre les deux mélanges de lignées recombinantes et qui sont des cibles potentielles de la protéine ZmMYB31, sont indiqués en rouge. Nous faisons l’hypothèse que la protéine ZmFatA (FatA) produit des dérivés lipidiques, tels que les monomères de cutines, susceptibles de participer à la croissance des feuilles et des soies en condition de déficit hydrique. Cuticle : cuticule ; CW : paroi; ER : réticulum endoplasmique ; plastids : plastes ; PM : membrane plasmique.

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86 ZmCOMT chez A. thaliana (Fornalé et al., 2006, 2010), nos données obtenues par thioacidolyse corroborent les données obtenues par qRT-PCR. Il est possible que le gène ZmMYB31 puisse à la fois agir comme un activateur et un répresseur transcriptionnel selon l’organisme et les conditions environnementales considérés, comme cela a été suggéré pour le gène AtMYB15 (Agarwal et al., 2006).

Des données récentes de la littérature montrent que les protéines AtMYB30 et AtMYB41 affectent l’expression respectivement des gènes AtFatB et AtFatA (Raffaele et al., 2008 ; Comineli et al., 2008). Nous pouvons donc faire l’hypothèse que la protéine ZmMYB31 serait également impliquée dans la synthèse de novo des acides gras en régulant directement ou indirectement le gène candidat ZmFatA (Fig. 6). Bien que la protéine ZmFatA ne soit pas détectable sur gels 2-D ou par d’autres méthodes de protéomiques (Friso et al., 2010 ; Majeran et al., 2010), nous pouvons supposer que l’abondante relative de son transcrit se répercute au niveau protéique et affecte la quantité de la protéine candidate ZmENR1 afin de maintenir l’activité et les propriétés cinétiques (« metabolic channeling ») des enzymes de cette voie métabolique (Brown et al., 2006). De manière surprenante, nous avons observé une diminution des acides gras dans la sous- population de lignées recombinantes portant l’allèle favorable F où le transcrit du gène ZmFatA était le plus abondant. Il est possible que les acides gras formés soient métabolisés en d’autres composés non dosés, tels que les monomères de la cutine, un constituant de la cuticule (Pollard et al., 2008). Il a récemment été montré que l’augmentation de cutine permettait une diminution de la perméabilité de l’épiderme et une réduction de la transpiration (Pollard et al., 2008 ; Kosma et al., 2009). En régulant l’expression du gène ZmFatA, la protéine ZmMYB31 pourrait donc à la fois affecter la quantité de la protéine candidate ZmENR1 et la teneur en dérivés lipidiques susceptibles de réduire la transpiration foliaire en condition de déficit hydrique (Fig. 6).

Afin d’évaluer le rôle des gènes candidats ZmMYB31 et ZmFatA vis-à-vis de la tolérance à la sécheresse, nous avons entrepris la production et la caractérisation de plantes transgéniques sur-exprimant l’un ou l’autre de ces deux gènes sous le contrôle du promoteur constitutif du gène ubiquitine 3 de riz. Après sélection des transformants T0, des analyses préliminaires ont été réalisées sur les transformants T1. Il est ainsi apparu que huit évènements indépendants sur-exprimant le gène ZmMYB31 et deux évènements indépendants sur-exprimant le gène ZmFatA avaient une vitesse de dessèchement significativement plus forte que celle du mélange de ségrégants négatifs. Pour deux des évènements ZmMYB31 et les deux évènements ZmFatA, cette différence semble corrélée

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87 au poids à pleine turgescence. Les données de dessèchements semblent en contradiction avec le rôle supposé de ces deux gènes dans la réponse au déficit hydrique. Cependant, il est intéressant de noter que des résultats similaires ont été obtenus avec le gène AtMYB41 (Cominelli et al., 2008). En effet, bien que ce gène soit induit en réponse à la déshydratation, sa sur-expression entraîne une perte en eau plus importante dans les feuilles (Cominelli et al., 2008).

Comme la protéine AtMYB41, la protéine ZmMYB31 pourrait aussi affecter différents constituants de la membrane plasmique et de la paroi cellulaire (Fig. 6). En effet, dans la listes des gènes différemment exprimés entre les deux sous-population de lignées recombinantes, figurent plusieurs gènes également affectés par la sur-expression du gène AtMYB41 (Cominelli et al., 2008), en particulier une α/β fold hydrolase localisée dans la membrane plasmique, la pectinestérase PPE8B impliquée dans la modification de la pectine de la paroi, et la protéine GP1 correspondant à une glycoprotéine localisée dans la paroi (Fig. 6). Il a été montré que des changements dans la structure de la pectine influencent le développement des plantes et la réponse aux stress (Pelloux et al., 2007).

L’ensemble des données obtenues nous ont conduits à proposer un modèle de régulation dépendant du gène ZmMYB31. Néanmoins, nous ne pouvons pas exclure que l’un des autres gènes candidates identifiés soit impliqué dans la réponse au déficit hydrique. Ainsi, les gènes candidats ZmREM4.1 et ZmJAZ2, présentent des caractéristiques pouvant les relier à la réponse au déficit hydrique. Le gène candidat ZmREM4.1 est localisé spécifiquement dans la membrane plasmique (Raffaele et al., 2009; T. Ott, communication personnelle). Il semble particulièrement intéressant dans la mesure où : (1) il est co-localisé à environ 5 cM du pic du QTL de sensibilité de la croissance foliaire au déficit hydrique du sol ; (2) l’expression des gènes du groupe 4 à laquelle il appartient est corrélée à celle de gènes associés aux voies énergétiques et aux stress biotiques et abiotiques chez A. thaliana et le riz (Raffaele et al. 2007 ; Ray et al., 2010) ; (3) certaines rémorines sont enrichies dans la fraction insoluble au détergent (« detergent insoluble membrane », DIM) de la membrane plasmique, et présentes dans les plasmodesmes où elles interfèrent avec la propagation du virus de la pomme de terre PVX en se fixant à la protéine virale TGBp1 (Raffaele et al. 2009). Par ailleurs, le gène candidat ZmJAZ2 est un membre de la famille JAZ connue pour réprimer les réponses induites par le jasmonate, telles que la sénescence foliaire (Wasternack, 2007). La jasmonate stimule une interaction entre les protéines JAZ et la protéine ubiquitine ligase SCF^col1, ce qui entraîne une dégradation des protéines JAZ par les protéases S26 chez A. thaliana (Staswick, 2008). Cette dégradation des répresseurs

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88 JAZ libère alors le facteur de transcription MYC2, ce qui induit l’expression de gènes dépendants du jasmonate (Staswick, 2008). Il est possible qu’une forte expression du gène ZmJAZ2 dans la population favorable permette une protection contre le déficit hydrique.

En effet, il a été montré qu’un retard de la sénescence foliaire induisait une tolérance au déficit hydrique chez Nicotania tabaccum cv. SR1 avec un maintient du rendement (Rivero et al., 2007).