Contribution à l'étude des effets de l'ozone, de la sécheresse et du stress salin sur le métabolisme carboné du pin d'Alep (Pinus halepensis Mill. ). Régulation de la rubisco et de la rubisco activase

• Auteur / Autrice : Jérôme Pelloux
• Direction : Pierre Dizengremel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques fondamentales et appliquées
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rubisco

Plantes -- Effets du stress

Plantes -- Effets de l'ozone

Effets de la sécheresse

Pin d'Alep

Mots clés libres

Psychologie

Ecologie animale, végétale et microbienne

Pollution air

Ozone

Sécheresse

Salinité

Activité enzymatique

Ribulose-bisphosphate carboxylase

Phosphoenolpyruvate carboxylase

Pyruvate kinase

Malate déhydrogénase (oxaloacetate-decarboxylating) (NADP +)

Feuille végétal

Expression génique

Régulation

Stress

Rubisco activase

Résumé

Le dépérissement du pin d'Alep (Pinus halepensis Mill. ) constaté en conditions naturelles a initié le développement de recherches concernant l'effet de stress abiotiques sur cette espèce. L'étude présentée dans le cadre de ée travail de thèse s'inscrit dans ce contexte, évaluant l'effet de l'ozone, de la sécheresse et du stress salin sur le métabolisme carboné du pin d'Alep. L'ozone entraîne l'apparition de nécroses, liées à une diminution de la teneur en chlorophylles. Une diminution de l'activité de la rubisco, enzyme de fixation du carbone, et une augmentation d'enzymes impliquées dans les voies cataboliques telles la phosphoenolpyruvate, carboxylase (pEPe), la pyruvate kinase (PK), les enzymes maliques (EM-NAD et EM-NADP) sont par ailleurs démontrées dans les aiguilles des pins soumis au polluant. La plante semble ainsi mettre en place une stratégie visant à la production de composés utilisables dans les processus de réparation et/ou de défense vis à vis des radicaux induits par l'ozone. La sécheresse et le stress salin permettraient une protection de la plante contre les radicaux générés par le polluant, vraisemblablement par une fermeture des stomates limitant ainsi la pénétration de l'ozone dans les aiguilles. La baisse d'activité rubisco sous ozone nous a suscité l'intérêt d'une étude de la régulation de cette enzyme, et d'une enzymele associée, la rubisco activase, à un niveau moléculaire. A ces fins, le clonage de fragments d'ADNc codant pour la grande sous unité de la rubisco et pour la rubisco activase a été réalisé, permettant ainsi une étude phylogénétique des deux protéines. Une diminution de la quantité de protéine et de transcrits de la grande sous unité de la rubisco et de la rubisco activase a été démontré sous ozone, suggérant une potentielle corégulation des deux protéines dans ces conditions. Bien que les effets de la sécheresse soient similaires, aucune corrélation entre les deux protéines n'a pu être déterminée. Lors de la combinaison des deux contraintes, une différence de réponse des transcrits des deux protéines est mise en évidence. Pour la première fois, la rubisco activase est mise en évidence et clonée partiellement chez un conifère et sa régulation sous contrainte étudiée.

The decline of aleppo pine forests (Pinus halepensis M. ) observed in natural conditions have prompted research concerning the effects of abiotic stresses on this species. For this purpose, the effects of ozone, water stress and salt stress on aleppo pine's carbon metabolism were carried out in this study. Ozone did induce chlorotic mottles, linked to a decrease in chlorophyll content. A decline in total rubiseo activity, and an increase in the activities of several enzymes associated to the catabolic pathway such as pyruvate kinase (PK), phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPc) and malic enzymes (EM-NAD and EM-NADP) were shown in needles of pines submitted to ozone. These results tend to show that an increase in compounds potentially used in detoxifying repair processes is occuring under ozone stress. Water and salt stresses would limit the deleterious effects of ozone on plant metabolism, presumably by inducing stomatal closure which would limit the pollutant input into the leaves. Studies on the regulation of rubisco and rubisco aetivase, were undertaken at a molecular level in needles of pines submitted to ozone and/or drought. For this purpose, the cloning of cDNA fragments coding for rubisco large subunit (LSU) and for rubisco activase (RCA) was realized, allowing a phylogenetic analysis of both proteins. A decrease of LSU and RCA protein quantities, associated to a transcriptional regulation, was shown in response to ozone,> suggesting a potential coregulation of both proteins in those particular conditions. Even though the effects of drought on the large subunit of rubisco and on rubisco activase were similar, no correlation between the effects of this stress on the two proteins could be drawn. When ozone was combined to drought, a difference in the regulation of rubisco large subunit and of rubisco activase was shown. Under those conditions, rubisco large subunit was under a transcriptional control whereas rubisco activase was under a post transcriptionnal regulation. For the very first time in this study, a conifer' s rubisco activase is partially cloned and its regulation studied in reponse to abiotic constraints.