Importance des ROS et des radicaux : de la graine à la membrane plasmique

Importance of ROS and radicals : from seed to the plasma membrane

• Auteur / Autrice : Catherine Biniek
• Direction : Anja Krieger-Liszkay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 28/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Juliette Leymarie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anja Krieger-Liszkay, Juliette Leymarie, Françoise Corbineau, Sébastien Mongrand, Hélène Vanacker
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Corbineau, Sébastien Mongrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semences -- Physiologie

Semences -- Qualité

Radicaux libres (chimie)

Plantes -- Membrane cellulaire

Oxygène dans l'organisme

Mots clés libres

ROS

Radicaux

Graine

Membrane plasmique

ROS

Radicals

Seed

Plasma membrane

Résumé

L’objectif de cette thèse est de définir l’effet de l’environnement maternel sur la qualité des graines de A.thaliana, H.annuus, B.oleracea et H.vulgare, caractériser deux mutants d’A.thaliana affectés au niveau d’enzymes de la membrane plasmique et caractériser l’activité de ces deux protéines. Des dosages de O₂•⁻ et de radicaux ont été faits sur des graines issues de plantes ayant subi des stress thermique et/ou hydrique et n’ont pas montré d’effet des stress. Des traitements de vieillissement accéléré ont eu des effets négatifs sur la vigueur et la viabilité des graines. Des radicaux ont été identifiés par RPE haut champ au niveau de l’enveloppe et du péricarpe. Etant donné la localisation de ces radicaux, ils ne sont pas de bons marqueurs de la qualité des graines. Des mutants KO d’A.thaliana de quinones réductases (QR) et de AIR12 ont été caractérisés. Les QR sont des enzymes cytosoliques ayant une affinité pour la membrane. Elles catalysent la réduction de quinones en dihydroquinones et jouent un rôle protecteur contre le stress oxydatif. A pH alcalin par contre, les dihydroquinones se déprotonent et s’autooxydent entrainant la formation de semiquinones et de O₂•⁻. AIR12 est un cytochrome b 561 ancré à la membrane du côté de l’apoplaste réductible par l’ascorbate et le O₂•⁻. Ces protéines pourraient être impliquées dans un transfert d’électrons à travers la membrane via la vitamine K1. Les protéines recombinantes NQR et AIR12 ont été produites. A pH alcalin, AIR12 est réduit par les semiquinones et pourrait donc récupérer les électrons du produit de NQR. En présence de membrane plasmique, la production de O₂•⁻ est augmentée avec NQR et diminuée avec NQR et AIR12. Les QR semblent avoir un rôle anti- et pro-oxydant selon les cas et AIR12 un rôle anti-oxydant. Le transfert d’électrons entre les deux protéines pourrait se faire via les semiquinones à pH alcalin et via O₂•⁻.

The aim of this work is to define the effects of adverse environmental conditions on seed quality of A.thaliana, H.annuus, B.oleracea et H.vulgare), characterize two A.thaliana mutants affected in plasma membrane proteins and characterize the activity of the two proteins. Seeds were harvested from plants subjected to drought and/or thermal stress. Then O₂•⁻ and organic radicals in seeds were measured showing no impact of the stress. Accelerated ageing had a negative effect on seed vigor and viability. Radicals have been identified by high field EPR: epi-catechin and Mn(II) in the testa and melanin in the pericarp. There was no correlation between these radicals and the seed quality, therefore these radicals were not found to be good markers of seed quality. A.thaliana KO mutants of quinone reductase (QR) and AIR12 have been characterized. QR are cytosolic enzymes that have an affinity for the membrane. QR catalyze the reduction of quinone to dihydroquinone. Thus they are known to be protective enzymes against oxidative stress. However, at alkaline pH, dihydroquinone deprotonize and form semiquinones and O₂•⁻. AIR12 is a b561 cytochrome anchored to the apoplastic side of the membrane. These proteins could be implied in a transmembrane electron transport via vitamin K1. Recombinant proteins and NQR and AIR12 were produced. At alkaline pH, AIR 12 was reduced by the semiquinone, AIR12 could form a redox couple with vitamin K1 as electron shuttle across the membrane. In the presence of plasma membrane, the production O₂•⁻ was increased with NQR and reduced with NQR and AIR12. QR appear to have an anti- and pro-oxidant according to the conditions and AIR12 an anti-oxidant role. Electron transfer between the two proteins could be done via the semiquinone at alkaline pH and via O₂•⁻.