Analyse phénologique et caractérisation de mécanismes cellulaires impliqués dans la formation des racines latérales chez l'orge

The plasticity of branching patterns of plants plays a crucial role in the capture of resources from unpredictable, heterogeneous and dynamic soil environments. This plasticity relies on the plant ability to regulate the site and time of lateral root initiation. It may involve various steps of their developmental program. In this thesis, we first described the scheme of lateral root formation in barley and compared it with the reference model available for Arabidopsis thaliana. We could reveal several important differences which make the cereal case unique: the contribution of the endodermis, the division of cortex cells and the circumferential position of lateral root initiation sites. We then developed a novel method to analyse early steps of the regulation of lateral root formation. This method is based on the time-lapse analysis of growth and branching events following the application of a transient treatment that blocks the formation of lateral roots. We first showed, in Hordeum vulgare and Zea mays seedlings grown in aeroponics that the distal segment of the seminal root formed during a transient water shortage is devoid of lateral roots. Using a detailed microscopic analysis, we showed that this treatment blocks lateral root formation within a small window of developmental stages. This was confirmed by the time-lapse analysis which pointed to a region of the seminal root that matches the occurrence of these stages. We showed further that abscissic acid produces the same response as the water shortage and that auxin is able to prevent this response. While those data are insufficient to set the basis of a mechanistic model of transduction of the drought signal into an inhibition of lateral root formation, several observation lead us to propose that ABA could act upstream of the establishment of auxin maxima that precede the formation of lateral roots. ABA could be involved in the modulation of auxin transport as suggested by other studies, but further experiments are needed to test this hypothesis. Chez l’orge (H. vulgare), l'application d'un déficit hydrique transitoire induit une inhibition caractéristique du développement des racines latérales qui se traduit par la formation d’une zone dépourvue de ramifications. Ce travail avait pour objectif de mieux comprendre les mécanismes de cette inhibition. Le développement des racines latérales de l'orge et du maïs présente des différences majeures par rapport au modèle de référence établi pour A. thaliana. L’initiation des racines latérales chez les deux céréales a lieu face aux pôles de protophloème et l'endoderme participe activement à la formation du primordium et est à la base de la coiffe, de l'épiderme, du cortex et du péricycle de la racine latérale. Nous avons également montré que les cellules du cortex de la racine séminale situées face à un primordium de racine latérale subissent des divisions transversales qui préparent vraisemblablement la réorganisation du cortex nécessaire au passage de la racine latérale. L’analyse microscopique détaillée de la zone non ramifiée nous a permis de montrer que le déficit hyfrique bloque les étapes précoces de l'initiation. Cette observation a été confirmée par le positionnement de la zone inhibée le long de l’axe séminal, grâce à une méthode inédite basée sur l'imagerie time-lapse et la modélisation inverse. Nous avons finalement montré que l'acide abscissique provoque le même type de réponse et que l'auxine peut en atténuer les effets. Sur cette base, nous avons émis l'hypothèse que l'acide abscissique est un premier messager de cette réponse et qu'il induit une redistribution des flux d'auxines dont une des conséquences est la réduction de la ramification racinaire. Nos résultats suggèrent également que l'acide abscissique et l'auxine agissent d'une manière dose-dépendante, ce qui sous-tend la possibilité de manipuler de manière graduelle la densité de ramification. (AGRO 3) -- UCL, 2011