Caractérisation des mécanismes de tolérance des végétaux aux stress environnementaux combinés (ozone et températures élevées).

par Fanny Boublin

Projet de thèse en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Juliette Leymarie et de Luis Leitao.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec IEES Paris - Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement de Paris (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'ozone troposphérique est un polluant atmosphérique secondaire dont la concentration est stable en Europe et en augmentation dans les pays en voie de développement. En plus d'être mobile sur de très grandes distances, c'est une molécule oxydante très réactive qui a des effets néfastes sur la santé humaine mais également sur la végétation. Des pics de concentrations élevées en ozone (>300 ppb) entrainent l'apparition de nécroses foliaires après quelques heures. A ce jour, la bibliographie abonde en études sur ce type d'impact qui n'est pas nécessairement relié aux limitations de rendement observées chez les plantes cultivées (estimées pouvant atteindre 10%), et qui sont la conséquence d'expositions chroniques à des concentrations en ozone modérées (Ainsworth, 2017). Arabidopsis thaliana, la plante modèle en génétique et physiologie végétale, est une plante sauvage dont la distribution est très vaste, des zones froides aux régions subtropicales. Selon les lieux d'origine, on différencie des populations appelées écotypes. Dans une étude incluant 93 écotypes, une très grande variabilité de réponse à des pics aigus d'ozone a été observée, qui ne semble pas liée aux conditions de pluviométrie et de température des aires d'origine (Brosché et al., 2010). Selon les auteurs de cette étude, c'est la possibilité de limitation de l'entrée du polluant dans la plante par les stomates qui explique en partie cette variabilité. Les capacités des écotypes à détoxifier les espèces réactives de l'oxygène (ROS) induites par l'ozone sont également importantes (systèmes ascorbate et glutathion) et mettent en jeu des interactions hormonales complexes à l'échelle des plantes. La perception de l'ozone ou des ROS dérivés dans l'apoplasme entraîne l'activation de voies de signalisation comme celles de l'acide salicylique, l'éthylène, l'acide jasmonique ou l'acide abscissique. Les ROS en excès provoquent l'oxydation des protéines, comme la carbonylation qui est une modification irréversible entraînant la dégradation de ces protéines par différentes voies (protéases spécifiques ou protéasome). Questions scientifiques majeures - Pour mieux comprendre les effets d'expositions chroniques à l'ozone combinées à des températures élevées (car les deux contraintes sont très souvent simultanées) sur la production de biomasse chez les végétaux, les trois axes suivants seront étudiés : - liens entre capacités antioxydantes et oxydation globale du protéome foliaire - liens entre capacités antioxydantes et baisses d'activité photosynthétique associées à une augmentation du niveau d'oxydation (carbonylation) de la RuBisCO - liens entre oxydation du protéome et remobilisation des acides aminés via la protéolyse

  • Titre traduit

    Characterization of plant tolerance mechanisms to combined environmental stresses (ozone and high temperatures).


  • Résumé

    Tropospheric ozone is a secondary atmospheric pollutant, its concentration is stable in Europe and increasing in developing countries. In addition to being mobile over very large distances, it is a highly reactive oxidizing molecule that has adverse effects on human health but also on vegetation. Peak ozone concentrations (> 300 ppb) lead to foliar necrosis after a few hours. To date, the bibliography is full of studies on this type of impact, which is not necessarily related to the yield reduction observed in crops (estimated at up to 10%) that resulted from the chronic exposure to moderate ozone concentrations (Ainsworth, 2017). Arabidopsis thaliana, the model plant in plant genetics and physiology, is a weed whose distribution is very vast, from cold areas to subtropical regions. Depending on their locations, populations called ecotypes are differentiated. In a study including 93 ecotypes, a very large variability of response to acute peaks of ozone was observed, which does not seem to be related to the rainfall and temperature conditions of the origin areas (Brosché et al., 2010). According to this study, limiting the entry of the pollutant into the plant by the stomata closure partly explains this variability. The ability of ecotypes to detoxify ozone-induced reactive oxygen species (ROS) is also important (ascorbate and glutathione systems) and involves complex hormonal interactions at the plant level. The perception of ozone or derived ROS in the apoplast leads to activation of signaling pathways such as salicylic acid, ethylene, jasmonic acid or ABA. Excess ROS cause protein oxidation, such as carbonylation, which is an irreversible change that leads to the degradation of these proteins by different pathways (specific proteases or proteasomes). Major scientific questions - To better understand the effects of chronic exposure to ozone combined with high temperatures (because the two constraints are very often simultaneous) on the production of biomass in plants, the following three axes will be studied: - links between antioxidant capacities and global oxidation of the leaf proteome - links between antioxidant capacities and decreases in photosynthetic activity via an increase in oxidation (carbonylation) of RuBisCO - links between proteome oxidation and remobilization of amino acids via proteolysis