The oxidative modifications in the macromolecules of sunflower seed during germination

par Elissa Naim

Thèse de doctorat en Physiologie végétale

Sous la direction de Hayat El Maarouf-Bouteau et de Patrice Meimoun.

Soutenue le 11-12-2018

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de biologie du développement (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Carol.

Le jury était composé de Amira Haddarah, Bertrand Gakière, Mohamad Tabcheh.

Les rapporteurs étaient Jean-Claude Mollet, Michel Zivy.

  • Titre traduit

    Les modifications oxydatives des macromolécules dans la graine de tournesol au cours de la germination


  • Résumé

    Nos travaux ont porté sur la caractérisation des propriétés de la paroi cellulaire et de l’état d’oxydation des protéines, ainsi que sur leur relation avec la levée de dormance et le processus de germination. Ainsi, nous avons étudié le changement de résistance de la paroi cellulaire en utilisant différents traitements de levée de dormance: la post-maturation au sec, les espèces réactives de l’oxygène (reactive oxygen species, ROS) et une hormone (l’éthylène). L’étude du changement de résistance de la paroi cellulaire a montré une diminution de rigidité chez les graines traitées, capables de germer, par rapport à celles dormantes. La quantification des monosaccharides de la paroi n’a pas mis en évidence de différence significative, ce qui suggère l’absence de phénomènes associés au métabolisme des polysaccharides à ce stade de la germination sensu stricto. Seules les graines dormantes traitées avec les ROS ont présenté une diminution significative de l’activité de la pectine méthylestérase, une enzyme de la paroi connue pour son rôle dans l’élongation et la croissance. Une analyse immunocytologique a permis de décrire une paroi cellulaire plus estérifiée chez les graines dormantes. Ainsi, les ROS pourraient avoir une action non-enzymatique alors que l'éthylène pourrait agir en synergie avec les ROS afin d'obtenir le relâchement nécessaire de la paroi cellulaire pour la croissance. En outre, une analyse protéomique combinant la technique chromatographie à une analyse LC-MS / MS a été utilisée sur des graines de tournesol dormantes et non dormantes à différents temps d'imbibition afin d’identifier des protéines contenant des méthionines sulfoxydées, une oxydation protéique réversible. Des analyses préliminaires suggèrent un niveau d'oxydation des protéines au niveau de la méthionine plus important dans les graines non dormantes. De façon intéressante, de nombreuses protéines cibles de l’oxydation de la méthionine sont liées à de différents processus biologiques (traduction, métabolisme des protéines, énergie et le métabolisme, processus d’oxydo-réduction) connus pour être des acteurs impliqués dans la germination, suggérant ainsi l’importance de l’oxydation de la méthionine dans la régulation de différentes voies cellulaires impliquées dans la levée de dormance et la germination.


  • Résumé

    Our work focused on the relationship of cell wall properties and protein oxidation state on dormancy alleviation and germination process. Different dormancy alleviation treatments have been used: afterripening, reactive oxygen species (ROS) and hormone (ethylene). Thus, the study of the change in resistance of the cell wall has shown a decrease in rigidity in treated seeds, able to germinate, compared to dormant ones. Quantification of the identified cell wall monosaccharides did not show any significant difference suggesting the absence of phenomena related to the metabolism of polysaccharides at this stage of germination sensu stricto. Only dormant seeds treated with ROS showed a significant decrease in pectin methylesterase activity, a cell wall enzyme known for its role in elongation and growth. An immunocytological analysis has described a more esterified cell wall in dormant seeds. Thus, the ROS could have a non-enzymatic action while ethylene could act in synergy with the ROS to fulfil the needed relaxation of the cell wall for growth. In addition, a proteomic analysis combining the diagonal chromatography technique with an LC-MS / MS analysis was used on dormant and non-dormant sunflower seeds at different imbibition times in order to identify proteins containing methionine sulfoxyde, a type of reversible protein oxidation. Preliminary analyzes suggest a higher level of protein oxidation in non-dormant seeds. Interestingly, many proteins affected by the oxidation of methionine are related to different biological processes (translation, protein metabolism, energy and metabolism, oxidation-reduction processes) known to be involved in germination, thereby suggesting the importance of methionine oxidation in the regulation of different cellular pathways involved in dormancy emergence and germination.


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