Découverte de nouveaux mécanismes impliqués dans la réponse au stress oxydatif

par Zheng Yang

Projet de thèse en Biologie

Sous la direction de Graham Noctor.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème , en partenariat avec Institut de Sciences des Plantes de Paris-Saclay (laboratoire) , IPS2 (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 10-01-2014 .


  • Résumé

    Le glutathion est l'un des métabolites les plus importants dans les plantes. Il a des fonctions diverses dans la désintoxication, la biosynthèse, l'homéostasie redox et les processus d'antioxydation. Des études sur sa dégradation ont été étendues au cours des dernières années. La catalase fait partie intégrante du système antioxydant végétal ainsi que du glutathion. Il existe trois gènes de la catalase chez Arabidopsis, parmi lesquels CAT2 et CAT3 sont les principales isoformes du tissu rosette. Et sa fonction est étroitement associée à la photoréspiration. Ainsi CAT2 knockout mutant constitue un système approprié pour imiter le stress oxydatif. Pour explorer en profondeur les différents rôles des enzymes liées à la dégradation du glutathion dans la réponse au H2O2, les mutations des gènes pertinents ont été croisées dans le fond cat2. Nous avons identifié quatre mutants doubles (cat2pcs1, cat2oxp1, cat2ggt1, cat2ggt4). L'analyse des métabolites a révélé que le phénotype aggravé du mutant double oxp1 du cat2 était associé à une oxydation accrue du pool de glutathion des feuilles. Cependant, ce résultat devra être confirmé dans une expérience de répétition. 3-AT est un inhibiteur de la catalase. Bien que cette inhibition ne soit pas spéciale pour CAT2. Il peut également inhiber l'activité de CAT1 et CAT3. CAT1 contenu est très peu en rosette mature. Nous avons donc utilisé 3-AT ainsi que cat2 pour vérifier les effets possibles de CAT2 ou CAT2 et CAT3. L'analyse qPCR a montré qu'il y avait une induction significative de l'expression des gènes marqueurs oxydatifs dans cat2 après transfert de CO2 élevé vers l'air ainsi que celui dans Col-0 avec traitement 3AT. Et l'effet d'induction 3AT à Col-0 dans l'air était beaucoup plus fort que celui dans cat2 dans l'air. En outre, l'effet d'induction pour les plantes précédemment cultivées en SD est beaucoup plus fort que dans LD. L'analyse de l'activité de la catalase a montré que la CAT2 occupe la plus grande partie de l'activité de la catalase dans les feuilles et que la CAT3 partage également un peu. Alors que l'effet jour-longueur dans cat2 n'a rien à voir avec CAT3. Il reste encore beaucoup à faire pour révéler le mécanisme sous-jacent.

  • Titre traduit

    Uncovering new mechanisms involved in oxidative stress response


  • Résumé

    Glutathione is one of the most important metabolites in plants. It has diverse functions in detoxification, biosynthesis, redox homeostasis and antioxidation processes. Studies about its degradation has been extended in the last few years. Catalase is an integral part of the plant antioxidative system as well as glutathione. There are three catalase genes in Arabidopsis, among which CAT2 and CAT3 are the major isoforms in rosette tissue. And its function is closly associated with photorespiration. So CAT2 knockout mutant constitutes a suitable system to mimic oxidative stress. To deeply explore the different roles of glutathione degradation-related enzymes in H2O2 response, relevant genes mutations were crossed into the cat2 background. We identified four double mutants(cat2pcs1, cat2oxp1, cat2ggt1, cat2ggt4). Metabolites analysis revealed that the aggravated phenotype of the cat2 oxp1 double mutant was associated with enhanced oxidation of the leaf glutathione pool. However, this result will have to be confirmed in a repeat experiment. 3-AT is an inhibitor of catalase. While this inhibition is not special for CAT2. It can also inhibit the activity of CAT1 and CAT3. CAT1 content is very little in mature rosette. So we used 3-AT as well as cat2 to check the possible effects of CAT2 or CAT2 and CAT3. qPCR analysis showed that there was a significant induction of oxidative marker genes expression in cat2 after transferred from high CO2 to air as well as that in Col-0 with 3AT treatment. And 3AT induction effect to Col-0 in air was much stronger than that in cat2 in air. Besides, the induction effect for plants previously grown in SD is much stronger than that in LD. Catalase activity analysis showed that CAT2 occupies most of catalase acitivity in leaves and CAT3 also shares a little bit. While the day-length effect in cat2 has nothing to do with CAT3. More work remains to be done to reveal the underlying mechanism.