Analyse protéomique de la réponse à la sécheresse sur des feuilles de mai͏̈s en fonction de la différenciation cellulaire

par Delphine Vincent

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Michel Zivy.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail est de caractériser la variation de l'expression des protéines foliaires de mai͏̈s en réponse à la sécheresse au sein de cellules à différents stades de différenciation. Les plantes de génotype F-2 ont été soumises à trois traitements (témoin, déficits modéré ou sévère) et prélevées à divers stades de développement (taux d'élongation foliaire maximal, ralenti ou nul). Une expérience de réhydratation a également été menée. Les profils d'expression des protéines ont été construits par 2D-PAGE en analysant le protéome de segments de 2 cm prélevés le long de la feuille. Les protéines (337) ont été ensuite identifiées par LC-MS/MS. Parallèlement, des paramètres physiologiques tels que le taux d'élongation segmentaire, le potentiel hydrique, le contenu en acide abscisique et la composition en monomères de lignine ont été mesurés. Différentes analyses statistiques (ACP, classification hiérarchique, corrélation et ANOVA) ont été utilisées pour décrire les caractéristiques principales de l'expression des protéines dans les différentes conditions. La variation principale est liée aux protéines dont l'expression est fortement corrélée à la position (distance depuis la base) le long de la feuille. Les protéines corrélées positivement sont essentiellement impliquées dans la photosynthèse. Les protéines corrélées négativement sont impliquées dans la synthèse protéique et la production d'énergie. Le second type de variation comprend les protéines dont l'expression est maximale dans la région foliaire de 10-20 cm. C'est le cas de la caffeate-OMT (COMT) et de la phenylalanine-ammonia Iyase (PAL), enzymes impliquées dans la biosynthèse de la lignine. L'effet de la sécheresse sur ces enzymes, ainsi que sur d'autres agissant dans la synthèse de la S-adenosylmethionine (SAM), se traduit par une réduction de leur quantité. Parallèlement, leur région d'accumulation maximale est déplacée vers la base de la feuille, ce qui est cohérent avec la réduction de croissance. L'analyse de lignine a confirmé que ces enzymes marquent une zone de lignification et que ce processus diminue en conditions de déficit hydrique. Parmi les protéines induites se trouvent des produits de gènes connus pour être sur-exprimés en conditions de stress oxydatif, thermique et hydrique. Les autres inductions concernent les protéines du métabolisme général, notamment une ketolacide reductoisomerase (KARl). Après 18h de réhydratation, les protéines affectées par le déficit hydrique se comportent différemment. Les niveaux de protéines peuvent rejoindre ceux des témoins (PAL, KARl) ou bien rester au niveau atteints en conditions de déficit (COMT).


  • Résumé

    Maize leaves are characterized by a tip-down gradient with cells in the apical regions displaying a greater degree of differentiation compared to cells in the basal regions, in which call division and elongation take place. In this context, the aim of this Ph. D. Work has been to investigate the affects of water deficit and rehydration on the proteome of maize leaves at various stages of differentiation. Plants (F-2 lines) were subjected to none, moderate or severe water deficits and harvested at various developmental stages (maximal, low or no leaf elongation rates). A rehydration experiment was also performed. Protein expression profiles were obtained by analysing the proteome of 2 cm-long segments taken along the leaf. 2D gels were performed and proteins (337) were then identified by LC-MS/MS. Physiological parameters such as segmental elongation rate, water potential, abscisic acid content and lignin unit structure were also measured. Various statistical tools (PCA, clustering, correlation, regression and ANOVA) were used to determine the protein variations along the leaves in function of water treatment and developmental stage. The main variation is related to proteins whose level of expression is highly correlated to the position (distance from insertion point) along the leaf. A negative correlation exits between drought and proteins involved in cell division and elongation while the reverse holds true for proteins involved in differentiation of the photosynthetic apparatus. The second type of variation involves proteins whose expression is maximal at the intermediate leaf area (10-20 cm), like caffeate-OMT (COMT) and phenylammonia-lyase (PAL) involved in lignification. Water stress reduces the amount of COMT and PAL as well as others enzymes involved in S-adenosylmethionine (SAM) synthesis. At the same time, maximal accumulation area shifts towards the base of the leaf, which is consistent with growth reduction. Lignin measurements confirmed that these enzymes define a lignification zone and that water deficit altered the lignification process. Drought-induced proteins include gene products known for their over-expression under oxidative, heat and water stresses or belonging to general metabolism, like ketolacid reductoisomerase (KARI). After 18h of rehydration, drought-affected proteins behave differently. Protein levels may either be restored at control ones (PAL, KARI) or remain at stressed ones (COMT). Collectively, this data allowed the identification of proteins acting in drought responses in maize by considering leaf growth reduction. Further investigation is needed to confirm and clarify the role of those proteins of interest.

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Informations

  • Détails : 168 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.140-159.

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