Tolerance of Arabidopsis thaliana to photo-oxidative stress : protection mechanisms of chloroplast membranes against lipid peroxidation

• Auteur / Autrice : Simona Boca
• Direction : Michel Havaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 10/03/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Robaglia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gyozo Garab
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliette Leymarie, Laurent Urban

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Peroxydation lipidique

Oxydation biologique

Lipocalines

Mots clés libres

Stress photo-Oxydant

Lipocalines

Perodidation lipidique

Chloroplaste

Mécanismes de protection

Photo-Oxidative stress

Lipocalins

Lipid peroxidation

Chloroplast

Protection mechanisms

Résumé

Dans les conditions naturelles, les plantes sont soumises à des conditions environnementales très variées qui peuvent conduire à un excès d'énergie dans les chloroplastes, résultant en une production d'espèces réactives de l'oxygène (ERA). Pour faire face à ces ERA, les plantes ont développé différents mécanismes de protection, comme des alkénal réductases, des peroxyrédoxines et des lipocalines. Le travail présenté dans cette thèse a pour but de caractériser et de déterminer leur importance dans la protection des contre les stress oxydants. Une analyse préliminaire de mutants d'Arabidopsis a mis en évidence le rôle important des peroxyrédoxines à 2 cystéines et des lipocalines dans la tolérance au stress photooxydant. Cette thèse s'est surtout concentrée sur les lipocalines. Deux lipocalines ont été récemment identifiées chez les plantes, TIL (lipocaline thermoinduite) et CHL (chloroplastique), toutes les deux induites par des conditions de stress. Chez Arabidopsis, chaque lipocaline semble être spécialisée dans la réponse à des conditions différentes: chaleur (AtTIL) et fortes lumières (AtCHL). Le double mutant AtCHL KO × AtTIL KO est plus sensible à la chaleur et la forte lumière que les simples mutants. La mutation de AtCHL a augmenté fortement la photosensibilité de mutants (vte1, npq1) affectés dans des mécanismes de protection des lipides (tocopherols, zéaxanthine), confirmant ainsi le rôle des lipocalines dans la protection contre la peroxydation lipidique. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que les lipocalines AtTIL and AtCHL ont des fonctions redondantes dans la protection des lipides qui sont essentielles à la résistance des plantes au stress.

Under field conditions, plants are exposed to various environmental conditions that can lead to an excess of energy in the chloroplasts, resulting in the production of toxic reactive oxygen species (ROS). To cope with the harmful effects of ROS, plants have developed various protection mechanisms, such as alkenal-reductases, peroxiredoxins and lipocalins. The work performed in this thesis aimed at understanding their importance in the protection against lipid peroxidation. A first screening of Arabidopsis mutants lacking one of those mechanisms brought into light that 2-Cys PRX and lipocalins are important for the tolerance against photooxidative stress. This thesis is focused mainly on lipocalins, a group of proteins recognized as carriers of small lipophilic molecules. However, two true lipocalins have been recently identified in plants, the temperature-induced lipocalin (TIL) and the chloroplastic lipocalin (CHL), their expression beeing induced by various abiotic stresses. Each lipocalin appeared to be specialized in the responses to specific stress conditions in Arabidopsis, with AtTIL and AtCHL playing a protective role against heat and high light, respectively. The double mutant AtCHL KO × AtTIL KO deficient in both lipocalins was more sensitive to temperature, drought and light stresses than the single mutants. Seeds of the AtCHL KO × AtTIL KO double mutant were very sensitive to natural and artificial aging, and again this phenomenon was associated with the oxidation of polyunsaturated lipids. The results obtained in this thesis show that AtTIL and AtCHL have overlapping functions in lipid protection which are essential for stress resistance and survival.