Approche isotopique du métabolisme respiratoire des racines chez Phaseolus vulgaris L.

An isotopic approach of root respiratory metabolism in Phaseolus vulgaris L.

• Auteur / Autrice : Camille Bathellier
• Direction : Jaleh Ghashghaie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Respiration

Racines (linguistique)

Mots clés libres

Isotopes stables

Marquages isotapiques

Phasedus

Résumé

La photosynthèse discrimine contre le 13C d’en moyenne 20‰ chez les plantes en C3, de telle sorte que leur matière organique est appauvrie en 13C par rapport au CO2 atmosphérique. Cependant, d’autres discriminations susceptibles de modifier le δ13C de la matière organique des plantes interviennent en aval de la photosynthèse, notamment au cours de la respiration à l’obscurité. Il a ainsi été montré que les feuilles rejettent du CO2 enrichi en 13C par rapport à la matière organique. Il semble être appauvri dans le cas des racines, mais les données à ce sujet sont éparses. L’origine de l’abondance naturelle en 13C du CO2 respiré par des racines intactes de haricot à donc été étudiée, en relation avec la disponibilité en substrat au cours de l’obscurité prolongée. Les résultats obtenus montrent qu’à l’inverse des feuilles, le CO2 respiré par les racines est appauvri en 13C par rapport au saccharose, et que le 13C n’est pas corrélé au quotient respiratoire (c. A. D. La nature des substrats respirés). Cette divergence isotopique du CO2 respiratoire des feuilles et des racines apparaît lorsque les feuilles deviennent autotrophes. En outre, des marquages isotopiques révèlent que l’appauvrissement en 13C du CO2 respiré provient d’une part de la contribution du cycle des pentoses phosphate (CPP) au dégagement de CO2 (22%), et d’autre part de la relation quasi-stoechiométrique entre la PDH et le cycle de Krebs. A l’obscurité prolongée, le ralentissement du cycle de Krebs est compensé par le maintien du CPP, ainsi que par le recyclage des lipides pauvres en 13C, conduisant à la stabilité du δ13C du CO2. En revanche, les protéines ne semblent pas recyclées et de façon concordante, les données de RMN, de δ15N et de métabolomique suggèrent que l’assimilation des nitrates se poursuit. Ceci est rendu possible par le maintien de l’activité PEP-carboxylase qui alimente la synthèse du glutamate. Pris globalement, ces résultats indiquent qu’aux variations près de la discrimination photosynthétique, le signal 13CO2 des racines est relativement insensible aux alternances jour/nuit, contribuant à tamponner les variations isotopiques journalières des écosystèmes.

C3 photosynthesis discriminates against 13C so that plant organic matter is on average 13C-depleted by 20‰ compared to atmospheric CO2. However, other post-photosynthetic discriminations (e. G. During dark respiration) occur that may modify the δ13C of plant organic matter. While leaf dark respiration has been shown to produce 13C-enriched CO2, root respiration, though unwell documented, seems to produce 13C-depleted CO2. In the present study, the origin of the 13C-natural abundance in respired CO2 of intact bean roots was investigated in relation to substrate availability under continuous darkness. In contrast to leaves, root-respired CO2 is 13C-depleted as compared to sucrose, and the 13C-signal does not correlate at all with the respiratory quotient (that is, the type of respired substrates). Such an isotopic divergence between leaves and roots appears when leaves turn to autotrophy. Isotopic labeling data demonstrate that the 13C-depletion in respired CO2 is caused by both the contribution of the pentose phosphate pathway (PPP) to the CO2 efflux (22%), and the quasi-stochiometric relationship between the PDH and the Krebs cycle fluxes. Under continuous darkness, the relative PPP flux is kept constant and the consumption of (13C-depleted) lipids compensates for the decrease of the flux associated with the Krebs cycle. Such a pattern results in an invariant δ13C of respired CO2. Noteworthy, proteins do not seem to be reclycled in darkness, and such a view is consistent with NMR and δ15N data and metabolomics, that suggest nitrate assimilation is maintained as well as glutamate synthesis, thanks to the anaplerotic PEP-carboxylase activity. Taken as a whole, it is concluded that, unless the 13C photosynthetic fractionation varies at the leaf level, the root 13C-signal does not change under natural environmental conditions throughout a circadian day/night cycle, thereby buffering isotopic daily variations in ecosystems.