Molecular plasticity of two maritime pine ecotypes under osmotic stress
Plasticité moléculaire de deux écotypes de pin maritime soumis à un stress osmotique
Résumé
Among abiotic stresses, water deficit is probably the most severe limiting factor of plant
growth and development. In South-Western France climatologists predict a significant
increase of temperature combined with lower rainfall during the growing period for the next
century. Such modifications will place forest trees in the presence of new and sudden
environmental constraints. It is therefore essential to know if these organisms will be able to
face such climatic changes. In other words, if plantation of improved varieties will maintain
the present level of productivity with lower water availability as well as sustain severe
drought episodes. The capacity of these organisms to adapt to such perturbations will depend
on both their phenotypic plasticity and their genetic diversity. In the frame of this thesis, we
studied molecular plasticity of maritime pine seedlings grown in hydroponics and exposed to
osmotic stress using polyethylene glycol as osmoticum. A factorial design crossing two
ecotypes (France & Morocco) by different levels of stress (short & long term) was used to
study the transcriptomic and proteomic responses of the root system. Our investigations
focused on accumulation of 7,000 transcripts and 1,200 proteins. Statistical analysis revealed
differentially expressed genes according to ecotype and condition effects. More interesting
was genes whose molecular plasticity was genetically controlled, revealing ecotype dependent
strategy to response to the imposed stresses. The adaptive significance of these genes could be
confirmed by analysing their patterns of nucleotidic diversity with the main objective of
detecting molecular signature of natural selection.
growth and development. In South-Western France climatologists predict a significant
increase of temperature combined with lower rainfall during the growing period for the next
century. Such modifications will place forest trees in the presence of new and sudden
environmental constraints. It is therefore essential to know if these organisms will be able to
face such climatic changes. In other words, if plantation of improved varieties will maintain
the present level of productivity with lower water availability as well as sustain severe
drought episodes. The capacity of these organisms to adapt to such perturbations will depend
on both their phenotypic plasticity and their genetic diversity. In the frame of this thesis, we
studied molecular plasticity of maritime pine seedlings grown in hydroponics and exposed to
osmotic stress using polyethylene glycol as osmoticum. A factorial design crossing two
ecotypes (France & Morocco) by different levels of stress (short & long term) was used to
study the transcriptomic and proteomic responses of the root system. Our investigations
focused on accumulation of 7,000 transcripts and 1,200 proteins. Statistical analysis revealed
differentially expressed genes according to ecotype and condition effects. More interesting
was genes whose molecular plasticity was genetically controlled, revealing ecotype dependent
strategy to response to the imposed stresses. The adaptive significance of these genes could be
confirmed by analysing their patterns of nucleotidic diversity with the main objective of
detecting molecular signature of natural selection.
L'alimentation en eau constitue le principal facteur limitant la croissance, voire la survie des
plantes. Les modèles climatiques prévoient pour les 50 à 100 années à venir une baisse des
précipitations et des températures estivales accrues dans la moitié sud de la France. La durée
de vie d'une forêt de pin maritime, de sa plantation jusqu'à la coupe d'exploitation est
justement de 50 ans. Il est donc important de savoir si ces organismes pourront faire face à ces
brusques changements climatiques ; en d'autres termes si les variétés améliorées plantées
aujourd'hui pourront maintenir le niveau actuel de productivité dans un milieu plus pauvre en
eau, et tolérer des épisodes de sécheresse intense. La capacité de ces organismes à faire face à
ces perturbations brutales dépendra à la fois de leur plasticité phénotypique et de leur diversité
génétique. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la plasticité moléculaire du système
racinaire de jeunes plants de pin maritime élevés en milieu hydroponique et soumis à un stress
osmotique par ajout de polyéthylène glycol. Un plan factoriel croisant deux écotypes (France
et Maroc) par cinq niveaux de stress a permis d'analyser les réponses du transcriptome et du
protéome à court et long terme. Nos investigations ont porté sur l'accumulation des transcrits
de 7000 gènes et de 1200 protéines. L'analyse statistique des données a permis d'identifier
des gènes dont la plasticité moléculaire est génétiquement contrôlée, révélant des stratégies de
réponse différentes de chaque écotype. La valeur adaptative de ces gènes pourra alors être
confirmée par l'interprétation des patrons de diversité nucléotidique de ces gènes candidats.
plantes. Les modèles climatiques prévoient pour les 50 à 100 années à venir une baisse des
précipitations et des températures estivales accrues dans la moitié sud de la France. La durée
de vie d'une forêt de pin maritime, de sa plantation jusqu'à la coupe d'exploitation est
justement de 50 ans. Il est donc important de savoir si ces organismes pourront faire face à ces
brusques changements climatiques ; en d'autres termes si les variétés améliorées plantées
aujourd'hui pourront maintenir le niveau actuel de productivité dans un milieu plus pauvre en
eau, et tolérer des épisodes de sécheresse intense. La capacité de ces organismes à faire face à
ces perturbations brutales dépendra à la fois de leur plasticité phénotypique et de leur diversité
génétique. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la plasticité moléculaire du système
racinaire de jeunes plants de pin maritime élevés en milieu hydroponique et soumis à un stress
osmotique par ajout de polyéthylène glycol. Un plan factoriel croisant deux écotypes (France
et Maroc) par cinq niveaux de stress a permis d'analyser les réponses du transcriptome et du
protéome à court et long terme. Nos investigations ont porté sur l'accumulation des transcrits
de 7000 gènes et de 1200 protéines. L'analyse statistique des données a permis d'identifier
des gènes dont la plasticité moléculaire est génétiquement contrôlée, révélant des stratégies de
réponse différentes de chaque écotype. La valeur adaptative de ces gènes pourra alors être
confirmée par l'interprétation des patrons de diversité nucléotidique de ces gènes candidats.
Domaines
Biochimie [q-bio.BM]
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