Land plants rely on inducible defenses to survive in nature. Inducible defenses are triggered reactively by environmental stimuli such as touch or wounding. We focused on the role of plant vascular tissues in sensing and responding to mechanical stimulations. A novel mechanostimulation method is developed in this thesis to study mechanical force sensation in plants. With the use of this method, forces ranging from 3 mN to 76 mN are applied to Arabidopsis thaliana leaves. We thus characterized the touch-induced electrical signal to optimize our stimulation protocol. Three breakthroughs were achieved in this study. Firstly, the mechanostimulated electrical signals are identified in the phloem sieve element. The amplitudes of the touch-induced sieve element signal were consistent with the touch-induced surface potential. Second, rosette mechano-responsiveness depends on the time of day. A. thaliana and Mimosa pudica both showed consistent time-of-day-associated mechano-responses. Thirdly, plasma membrane proton pump activity plays a key role in mechano-response electrical signal production. Gain-of-function and null-mutations of the plasma membrane proton pump both attenuate the mechanostimulated electrical signal. Furthermore, mechanostimulation induces jasmonate-responsive gene transcripts. The 13-lipoxygenases (13-LOX) genes LOX2 and LOX6 are the major jasmonate precursor-producing genes involved in mechanostimulation-induced jasmonate synthesis. Meanwhile, LOX3 and LOX4 were found to be essential for wound- response growth inhibition in Arabidopsis. In summary, we find that plant vascular tissues play an important role in mechanical force sensation. Plasma membrane proton pumps are required for maintaining the proper plasma membrane potential in touch responses. In summary, we performed a comprehensive study of mechanostimulation-induced electrical signals in Arabidopsis. This study improves our understanding of mechanical force sensation in plants.
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Les plantes terrestres dépendent de défenses inductibles pour survivre dans la nature. Les défenses inductibles sont déclenchées de manière réactive par des stimuli environnementaux tels que le toucher ou la blessure. Nous nous sommes concentrés sur le rôle des tissus vasculaires des plantes dans la détection et la réponse aux stimulations mécaniques. Une nouvelle méthode de mécanostimulation est développée dans cette thèse pour étudier la sensation de force mécanique chez les plantes. Grâce à cette méthode, des forces al lant de 3 mN à 76 mN sont appliquées aux feuilles d'Arabidopsis thaliana. Nous avons ainsi caractérisé le signal électrique induit par le toucher afin d'optimiser notre protocole de stimulation. Trois percées ont été réalisées dans cette étude. Premièrement, les signaux électriques mécanostimulés sont identifiés dans le tube criblé du phloème. Les amplitudes du signal de la phloème induit par le toucher étaient cohérentes avec le potentiel de surface induit par le toucher. Deuxièmement, la mécanosensibilité des rosettes dépend de l'heure de la journée. A. thaliana et Mimosa pudica ont tous deux montré des réponses mécaniques associées à l'heure du jour. Troisièmement, l'activité de la pompe à protons de la membrane plasmique joue un rôle clé dans la production du signal électrique de la mécano-réponse. Les mutations par gain de fonction et les mutations nulles de la pompe à protons de la membrane plasmique atténuent toutes deux le signal électrique mécanostimulé. De plus, la mécanostimulation induit la transcription de gènes répondant au jasmonate. Les gènes des 13 -lipoxygénases (13-LOX) LOX2 et LOX6 sont les principaux gènes producteurs de précurseurs de jasmonate impliqués dans la synthèse de jasmonate induite par la mécanostimulation. Par ailleurs, LOX3 et LOX4 se sont avérés essentiels pour l'inhibition de la croissance en réponse aux blessures chez Arabidopsis. En résumé, nous constatons que les tissus vasculaires des plantes jouent un rôle important dans la sensation de force mécanique. Les pompes à protons de la membrane plasmique sont nécessaires pour maintenir le potentiel adéquat de la membrane plasmique dans les réponses tactiles. En résumé, nous avons réalisé une étude des signaux électriques induits par la mécanostimulation chez Arabidopsis. Cette étude améliore notre compréhension de la sensation de force mécanique chez les plantes.