Molecular plasticity of two maritime pine ecotypes under osmotic stress

Among abiotic stresses, water deficit is probably the most severe limiting factor of plantgrowth and development. In South-Western France climatologists predict a significantincrease of temperature combined with lower rainfall during the growing period for the nextcentury. Such modifications will place forest trees in the presence of new and suddenenvironmental constraints. It is therefore essential to know if these organisms will be able toface such climatic changes. In other words, if plantation of improved varieties will maintainthe present level of productivity with lower water availability as well as sustain severedrought episodes. The capacity of these organisms to adapt to such perturbations will dependon both their phenotypic plasticity and their genetic diversity. In the frame of this thesis, westudied molecular plasticity of maritime pine seedlings grown in hydroponics and exposed toosmotic stress using polyethylene glycol as osmoticum. A factorial design crossing twoecotypes (France & Morocco) by different levels of stress (short & long term) was used tostudy the transcriptomic and proteomic responses of the root system. Our investigationsfocused on accumulation of 7,000 transcripts and 1,200 proteins. Statistical analysis revealeddifferentially expressed genes according to ecotype and condition effects. More interestingwas genes whose molecular plasticity was genetically controlled, revealing ecotype dependentstrategy to response to the imposed stresses. The adaptive significance of these genes could beconfirmed by analysing their patterns of nucleotidic diversity with the main objective ofdetecting molecular signature of natural selection.
L'alimentation en eau constitue le principal facteur limitant la croissance, voire la survie desplantes. Les modèles climatiques prévoient pour les 50 à 100 années à venir une baisse desprécipitations et des températures estivales accrues dans la moitié sud de la France. La duréede vie d'une forêt de pin maritime, de sa plantation jusqu'à la coupe d'exploitation estjustement de 50 ans. Il est donc important de savoir si ces organismes pourront faire face à cesbrusques changements climatiques ; en d'autres termes si les variétés améliorées plantéesaujourd'hui pourront maintenir le niveau actuel de productivité dans un milieu plus pauvre eneau, et tolérer des épisodes de sécheresse intense. La capacité de ces organismes à faire face àces perturbations brutales dépendra à la fois de leur plasticité phénotypique et de leur diversitégénétique. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la plasticité moléculaire du systèmeracinaire de jeunes plants de pin maritime élevés en milieu hydroponique et soumis à un stressosmotique par ajout de polyéthylène glycol. Un plan factoriel croisant deux écotypes (Franceet Maroc) par cinq niveaux de stress a permis d'analyser les réponses du transcriptome et duprotéome à court et long terme. Nos investigations ont porté sur l'accumulation des transcritsde 7000 gènes et de 1200 protéines. L'analyse statistique des données a permis d'identifierdes gènes dont la plasticité moléculaire est génétiquement contrôlée, révélant des stratégies deréponse différentes de chaque écotype. La valeur adaptative de ces gènes pourra alors êtreconfirmée par l'interprétation des patrons de diversité nucléotidique de ces gènes candidats.