Analysis of Arabidopsis thaliana mutants affected in water deficit tolerance
Analyse de mutants d'Arabidopsis thaliana affectés dans la tolérance au déficit hydrique
Résumé
Abscisic acid (ABA) is crucial for plant water deficit tolerance. Its accumulation rapidly stimulates stomatal closure thus limiting water loss and induces the expression of genes involved in cellular protection and detoxification. Infrared thermography allows real-time observation of temperature differences between « cold » plants with open stomata and « hot » plants with closed stomata. In order to identify new genes involved in the response to water deficit, this technique had been used in an ABA-deficient mutant aba3-1 « hot » suppressor screen in Arabidopsis thaliana. Four « hot » recessive suppressor mutants, named has aba3- 1 (hot ABA-deficient suppressors), more resistant than aba3-1 to a progressive dehydration had been isolated and were studied. ABA measurements showed that their phenotypes were not explained by increased ABA accumulation. Their biometric, water and biotic stress responses were examined as well as ABA-sensitivity in several tissues. In addition, microarray analysis of non-stressed leaf expression profiles was carried out. The has mutations have been selected without the aba3-1 mutation and some phenotypes have been examined in this wild-type background. The has1 mutation seems complex, causing the disruption of a gene coding for a putative RNA helicase, the mutation of which does not explain all of the has1 aba3-1 phenotypes. The has2 mutation decreases water loss on both rapid and prolonged water deficit in both wild-type and aba3-1 contexts. Transcriptome analyses showed that gene expression in the has2 aba3-1 mutant is close to that of wild-type in agreement with the suppression of aba3-1 sensitivity to water deficit. The has3 mutation seems to induce ABA hypersensitivity in stomata and seeds. Finally, has4 aba3-1 has modified ABA sensitivity in all tissues tested and has the strongest suppression of water deficit phenotype of the four suppressors ; these seem to be conserved in has4 . Based on these characteristics, this locus was selected in priority for mapping. The analysis of the 32 genes within the mapping interval is well underway and the mutated gene should be identified soon. has2 and has3 loci mapping has identified intervals of 0.5 and 1 Mb respectively. The four has loci are distinct and their mapping regions do not contain any previous studied gene in which a mutation would match their phenotypes. This project should lead to the identification of at least three new genes involved into water deficit tolerance.
L'acide abscissique (ABA) est une hormone cruciale pour la tolérance des plantes au déficit hydrique. Son accumulation induit rapidement à la fois la fermeture stomatique qui limite les pertes en eau et l'expression de gènes qui participent à des processus de protection et détoxification des cellules. La thermographie infrarouge permet d'observer en temps réel la différence de température entre des plantes « froides » aux stomates ouverts et des plantes « chaudes » aux stomates fermés. Afin d'identifier de nouveaux gènes impliqués dans la réponse au déficit hydrique, cette technique a été utilisée pour rechercher des suppresseurs « chauds » de la mutation de déficience en ABA aba3-1 chez Arabidopsis thaliana. Quatre mutants suppresseurs « chauds » récessifs, nommés has aba3-1 (hot ABA-deficient suppressors), plus résistants qu'aba3-1 à une déshydratation progressive ont été isolés et étudiés. Leur meilleure tolérance au stress hydrique n'est pas due à une accumulation accrue d'ABA. Des analyses phénotypiques et transcriptomiques ont été effectuées, notamment pour étudier leur réponse à différents types de stress hydrique, à un stress biotique et leur sensibilité à l'ABA dans plusieurs tissus. Les mutations has ont été sélectionnées en l'absence de la mutation aba3-1 et certains phénotypes ont été étudiés dans ce fond sauvage. La mutation has1 semble complexe, entraînant la disruption d'un gène codant pour une hélicase à ARN putative dont la mutation n'est pas seule responsable de tous les phénotypes de has1 aba3-1. La mutation has2 diminue la perte en eau pendant une déshydratation rapide ou progressive, en contexte aba3-1 ou sauvage. Son analyse transcriptomique a montré que le niveau d'expression de l'ensemble des gènes était proche du sauvage en accord avec la suppression de la sensibilité au déficit hydrique. La mutation has3 semble induire une hypersensibilité à l'ABA au niveau des stomates et de la graine. Enfin, le suppresseur has4 aba3-1 est affecté dans la sensibilité à l'ABA pour tous les tissus testés et montre les phénotypes stomatiques les plus marqués des quatre suppresseurs, qui semblent conservés chez has4. Ces observations ont conduit à cartographier en priorité ce locus. L'étude des 32 gènes de son intervalle de cartographie est bien avancée et devrait prochainement permettre d'identifier lequel est muté. La cartographie des loci has2 et has3 a réduit la région contenant ces mutations à des zones d'environ 0,5 et 1 Mb respectivement. Les quatre loci has sont distincts et leurs régions de cartographie ne contiennent pas de gènes déjà étudiés dont la mutation correspondrait à leur phénotype. Ce projet devrait donc conduire à l'identification d'au moins trois nouveaux gènes intervenant dans la tolérance au dèficit hydrique.
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