Soutenance mémoire
Stress oxydatif chez les plantes
Partout où elles se développent, les plantes sont soumises à différentes contraintes résultant en une inhibition de croissance. Ces stress sont causés par divers facteurs biotiques (insectes, bactéries, virus) et abiotiques (sécheresse, forte lumière, les températures extrêmes, métaux lourds). Malgré la diversité de ces facteurs de stress, leurs effets négatifs chez les plantes résultent généralement d’un même désordre métabolique: le stress oxydatif. Ce dernier est dû à la teneur élevée des radicaux libres qui sont depuis longtemps reconnus pour leur importance dans la réponse des plantes aux contraintes environnementales. Il existe deux types de radicaux libres, les radicaux dérivés d’oxygène (ROS) et les radicaux dérivés d’azote (RNS). Les RL représentent la classe la plus importante d’espèces radicalaires générées dans les systèmes vivants (Valko et al., 2004). Ce sont des espèces chimiques (atomes ou molécules) possédant un électron non apparié sur leurs orbitales externes (Halliwell et Gutteridge, 1999). Ces RL . peuvent provoquer des dommages importants dans la structure et le métabolisme cellulaire en dégradant les protéines, les lipides et les acides nucléiques (Cadenas et Davies, 2000, Paincemail et al. , 1999).
Les chloroplastes
Les phases photochimiques et biochimiques de la photosynthèse se déroulent dans le chloroplaste (Figure 1.5) qui est délimité du cytoplasme par une enveloppe formée d’une double membrane. La structure interne du chloroplaste est le système membranaire connue sous le nom membranes thylacoïdales, plus brièvement thylacoïdes, qui comprend des complexes de pigments-protéines effectuant les réactions photochimiques de la photosynthèse (Dekk:er et Boekema, 2005). Les thylacoïdes sont constitués d’un ensemble de vésicules aplaties (les lamelles) qui sont empilées pour former les granas. Les granas sont ensuite reliés entre eux par des thylacoïdes simples non empilés, désignés par lamelles stromatiques (Mustardy et Garab, 2003). L’espace présent à l’intérieur du thylacoïde est désigné par lumen. On distingue dans les membranes du thylacoïde différents complexes de pigments-protéines qui participent aux réactions photochimiques et au transport des électrons photosynthétiques (Malkin et Niyogi, 2000, Dekk:er et Boekema, 2005) : (i) Les antennes collectrices de lumière (Light Harvesting Complexes : LHCII et LHCI) formées de pigments photo synthétiques liés à des protéines membranaires. (ii) Les centres réactionnels du PSU et du PSI, vers lesquels l’énergie lumineuse (absorbée par les LHCU et LHCI) est transférée pour effectuer les réactions photochimiques primaires. (iii) Une chaîne de transporteurs d’électrons situés entre le PSU et PSI, composés de plastoquinones (PQ), du complexe cytochrome b6f et de plastocyanines (PC). (iv) Le système enzymatique d’ATP synthétase qui catalyse la synthèse de l’ATP à partir de l’ADP et du phosphate inorganique en utilisant l’én~rgie libérée lors de la dissipation du gradient transmembranaire de protons. Ces complexes de pigments-protéines ne sont pas distribués uniformément dans les membranes des thylacoïdes. En effet, les complexes du PSU et leurs antennes collectrices de lumière se situent en majorité dans le grana, tandis que, les PSI, leurs antennes collectrices de lumière et l’A TP synthétase se situent dans les lamelles stromatiques et les régions marginales des granas (Allen et Forsberg, 2001).
Les réactions photochimiques et le transport d’électrons
La lumière est vitale aux végétaux puisque sa transformation en énergie photochimique permet de générer le transport d’électrons et de protons qui résulteront en la synthèse de molécules énergétiques (ATP et NADPH) permettant de réduire le dioxyde de carbone (C02) en carbone organique (glucide) lors de la phase biochimique de la photosynthèse. Tout d’abord, les photons sont absorbés par les pigments photo synthétiques (chlorophylles et caroténoïdes chez les algues vertes et les plantes supérieures) présents dans les antennes collectrices (Figure 1.6). La majeure partie de l’énergie lumineuse absorbée sera transférée sous forme d’excitons aux centres réactionnels des PSI et PSII pour être utilisée dans les réactions photochimiques primaires. Au cours de son transfert vers les centres réactionnels, une fraction de l’énergie d’excitation sera perdue et réémise sous forme de chaleur ou de fluorescence. Dans les antennes du PSII, l’énergie d’excitation est canalisée vers la chlorophylle a spéciale dénotée P680 au niveau du centre réactionnel. Son excitation provoque une réaction photochimique primaire, c.-à-d. la photooxydation de P680 en P680+, et la réduction de l’accepteur primaire d’électron, la phéophytine (Phéo).
Cette séparation de charges (p680+Phéo) initie un transfert d’électrons par lequel P680+ regagne un électron en oxydant (photolyse) une molécule d’eau via la tyrozine Z au niveau du complexe de dégagement d’oxygène. Pendant ce temps, la Phéo- cèdera son électron aux accepteurs plastoquinones QA et QB. La QB, après avoir accepté deux électrons et pris deux protons du stroma, se détache de son site et migre dans les membranes internes des chloroplastes (les thylacoïdes) vers les complexes du cytochrome b6f où elle sera oxydée. L’électron est ensuite transféré via la plastocyanine vers le centre réactionnel du PSI. Grâce à cet électron et à un photon provenant de l’antenne du PSI, un électron du centre réactionnel du PSI chemine jusqu’à la ferrédoxine, une protéine présente dans le stroma qui réduira le NADP+ en NADPH à l’aide d’une enzyme. En plus de produire le NADPH, le transport photo synthétique d’électrons génère un gradient de protons (~pH) qui s’accumulent dans le lumen des thylacoïdes suite à la photolyse de l’eau (en W et O2) et lors de l’oxydation des plastoquinones au niveau du cytochrome b6f. L’éner »gie de ce ôpH est dissipée par le facteur de couplage (F-ATPase ou ATP synthase) pour produire des molécules d’ATP. Les molécules de NADPH et d’ATP sont ensuite utilisées comme source d’énergie par le cycle de Calvin afin de réduire le CO2 en glucides lors de la phase biochimique de la photosynthèse (Melis, 1999). Ainsi, la phase biochimique de la photosynthèse est dépendante de la phase photochimique qui lui fournit les molécules de NADPH et d’ATP, tandis que la phase photochimique est dépendante de la phase biochimique qui régénère le NADP+, l’ADP et le phosphate inorganique, essentiels au maintien du transport photosynthétique d’électrons (Chen et al., 1992).
Rôle de l’acide salicylique dans l’acclimatation des plantes vis-à-vis les stress environnementaux et oxydatifs Les conditions environnementales dans lesquelles les plantes se développent varient de façon constante durant la journée, les saisons ou selon le climat. Ces variations de l’environnement sont causées par divers facteurs abiotiques et biotiques tels que l’excès de lumière, la sécheresse, les températures extrêmes, les métaux lourds, les pathogènes et les herbivores, etc. Leurs effets négatifs chez les plantes résultent généralement d’un même désordre physiologique : le stress oxydatif. Ce dernier peut toucher la photosynthèse. Cependant, les plantes réagissent de façon appropriée selon la nature et l’intensité de ces stress en mettant en jeu des réponses spécifiques qui leur permettent de s’acclimater. Dans la majorité des cas, l’acclimatation des plantes repose sur des molécules signal (phytohormones) telles que les acides abscissique, jasmonique et salicylique (AS). Il a été trouvé que l’AS est particulièrement intéressant en raison de ses applications potentielles. En effet, plusieurs études ont démontré que l’application exogène de l’AS atténue les effets inhibiteurs de différents stress environnementaux tels que les métaux lourds, la salinité, les UV s, la sécheresse, l’ozone, etc. (revue par Hayat et al., 2010). Une autre étude a révélé que l’addition d’AS a réduit l’excès de la toxicité causé par le manganèse et a stimulé la croissance chez des plantes de concombre (Shi et Zhu, 2007).
L’application exogène de l’AS augmente la concentration des composés phénoliques dans les plantes (Bechtold et al. , 2005) et stimule le complexe antioxydant acide ascorbique GSH (Chao et al., 2010). Aussi, l’AS améliore les activités des enzymes antioxydantes, la peroxydase (POX) et le superoxyde dismutase (SOD) (revue Hayat et al., 2010). Cependant, l’AS peut avoir des effets néfastes à des concentrations élevées menant à une inhibition de croissance des végétaux (Shakirova, 2007; Hayat, 2010). Sahu et al. (2002) ont cultivé des plantes de blé (Triticum aestivum) avec trois différentes concentrations d’acide salicylique (50, 500 et 1000 JlM) pendant sept jours. Les résultats ont montré que l’AS à de faibles concentrations favorise l’ activité photo synthétique et stimule le transport d’électrons tandis qu’à de fortes concentrations il induit une atténuation drastique de l’activité photosynthétique. Aussi, Janda et al. (2012) ont montré que l’AS inhibe également la photosynthèse chez des feuilles de tabac (Nicotiana tabacum) via la fermeture des stomates et en ralentissant également le transport d’électrons du PS II. De plus Gordon et al. (2004), ont démontré que l’AS induit une inhibition de la phosphorylation oxydative en favorisant la thermogenèse dans des racines de blé. D’autres études ont confirmé que l’AS s’est avéré inhibiteur du taux de transport d’électrons à des concentrations croissantes (poor et al., 2010, Norman et al. , 2004; Xie et Chen, 1999; Hayat, 2010).
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RESUME
LISTE DES FIGURES
Viti, LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION ET REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Introduction et problématique générale
1.2 Stress oxydatif chez les plantes
1.3 Sites de formation des radicaux libres durant un stress
1.4 Détoxification des radicaux libres
1.5 Appareil photosynthétique
1.5.1 Aperçu de la photosynthèse
1.5.2 La localisation de la photosynthèse dans les plantes
1.5.3 Phases de la photosynthèse
1.6 La fluorescence chlorophyllienne
1.7 Rôle de l’acide salicylique dans l’acclimatation des plantes vis-à-vis les stress environnementaux et oxydatifs
1.8 Objectifs
1.9 Approche expérimentale
CHAPTRE ll MATERIEL ET METHODES
2.1 Isolation des thylacoïdes
2.2 Traitements
2.2.1 Traitement AAPH
2.2.2 Traitement AS
2.3 Estimations de l’efficacité photochimique par la fluorescence de la Chia
2.4 Estimations du gradient de protons et du taux de transport photo synthétique d’électrons par la fluorescence du 9-aminoacridine
CHAPITRE III RESULTATS
3.1 Effet inhibiteur du DCMU et du découpleur NH4CI sur la fluorescence du
9-arninoacridine
3.2 Effets des radicaux libres (AAPH) sur le transport d’électrons et le gradient de protons
3.3 Effets de l’acide salicylique sur le transport d’électrons et le gradient de protons
CHAPITRE IV DISCUSSION ET CONCLUSION
4.1 Effet inhibiteur du DCMU et du découpleur ~CI démontrés par leurs effets sur la fluorescence du 9-arninoacridine
4.2 Effets des radicaux libres (AAPH) sur le transport d’électrons et le gradient de protons
4.3 Effets de l’acide salicylique sur le transport d’électrons et le gradient de protons
4.4 ‘Possible rôle physiologique du découplage des thylacoïdes par les radicaux libres et l’acide salicylique
REFERENCES BIBLIOGRAlllQUES
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