Réponses physiologiques des végétaux supérieurs aux stress métalliques. Caractérisation du rôle des parois cellulaires dans les statégies défensives des cellules de tomate (Solanum lycopersicum Mill.) face aux éléments traces métalliques )

par Aurélie Muschitz

Thèse de doctorat en Physiologie végétale

Sous la direction de Henri Morvan.

Soutenue le 28-08-2009

à l'Artois , dans le cadre de ED Biologie-Santé (n°446) .

Le président du jury était Yannis Karamanos.

Le jury était composé de Céline Faugeron, Damien Cuny.

Les rapporteurs étaient Jean-Claude Laberche, Stanley Lutts.


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à l’étude prospective des effetsprovoqués par des éléments traces métalliques (Zn, Cd et Pb) sur des suspensions cellulaires detomate (Solanum lycopersicum, L.). L’objectif principal de l’investigation est de démontrerl’implication de la paroi dans la réaction de défense des cellules contre le stress métallique à l’instarde celles qu’elles sont capables de développer contre les agressions biotiques.Le premier chapitre a consisté à caractériser des paramètres quantitatifs (croissance, hydratation) etqualitatifs (viabilité, réactivité enzymatique) pour mettre en évidence les effets généralement nocifscausés par l’introduction des éléments traces métalliques (ETM) dans les milieux de culture aumoment de la phase exponentielle de croissance. Outre la diminution de la croissance (arrêt et mortcellulaire), l’état physiologique des cellules, apprécié par leur perte de turgescence, témoigne de lacapacité de tolérance des cellules de tomate vis-à-vis du Zn, par rapport aux deux autres ETM.Le second chapitre a permis de montrer que les cellules de tomate se sont défendues contreles agressions métalliques en augmentant leur biomasse pariétale, notamment en présence de zinc.En outre, la paroi apparaît dans tous les cas comme le principal compartiment de séquestration desETM en excès. La comparaison entre les trois espèces métalliques montre que les parois des cellulesde tomate retiennent mieux le cadmium que le zinc et le plomb.Le troisième chapitre, consacré à l’étude de la composition osidique des parois dans unchamp expérimental réduit aux plus faibles doses de zinc, a fourni des données inédites,notamment à propos des pectines extraites ou non par les procédés employés (CDTA, EPGase). Lesrésultats (quantités et caractéristiques des extraits pectiques) ont été discutés en fonction destraitements subis par les cellules mais également avec le souci de trouver des explications à larétention du zinc dans la paroi et un schéma de structure hypothétique de la paroi a été proposé.En définitive, ce travail répond à la question posée initialement et apparaît comme unepréparation à caractère académique d’un projet environnemental d’utilisation des végétaux pour laphytoremédiation.

  • Titre traduit

    Physiologic responses of higher plants to metallic stress. : role of cell walls in defensive strategy of tomato cells (Lycopersicum esculentum, Mill.) against heavy metal stress.


  • Résumé

    The aim of this work was to evaluate the effects of heavy metals (Zn, Cd, Pb) on tomato(Solanum lycopersicum, L.) suspension-cultured cells. The main objective was to demonstrate thattomato cells subjected to metal stress react by modifying their cell walls as they can do in responseof a pathogen attack.In the first chapter, cell parameters were characterized with both quantitative(growth, water content) and qualitative (viability, enzymatic activities) aspects to highlightdeleterious effects of heavy metal (HM) when added in the culture medium during exponential cellgrowth. In addition to growth reducing (growth break, turgor pressure loss and cell death), tomatocells have showed higher tolerance capacity to Zn compared to Cd and Pb.The second chapter demonstrated that tomato cells were able to protect themselvesagainst HM stress by increasing their cell wall biomass and also the HM amount retained by cellwall polymers. Cell walls appeared to assume important roles in HM accumulation (Cd>Zn>Pb)and could therefore limit their influx into the cells. Our results also suggested that HM fixation bycell walls was not only due to an increase in cell wall biomass but also to an improvement of itsbinding capacity.The last chapter, devoted to study the osidic composition of tomato primary cell walls forthe lowest Zn doses, has provided original data particularly about pectins. Results have beendiscussed in order to understand the binding capacity of cell walls in function of Zn treatments.Then, an hypothetical structure of tomato cell wall of cultured cells has been proposed.Finally, this work has answered to the initial question and has constituted a preparativestudy for next phytoremediation projects.


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