Rôle du métabolisme carboné dans la modulation de l'activité de la source et du puits chez l'érythrone d'Amérique (Erythronium americanum)

Impact of carbon metabolism in the modulation of the source and sink activities in Erythronium americanum

• Auteur / Autrice : Anthony Gandin
• Direction : Pierre Dizengremel, Line Lapointe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale et forestière
• Date : Soutenance le 08/03/2010
• Etablissement(s) : Nancy 1 en cotutelle avec Université Laval (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecologie et écophysiologie forestière
• Jury : Président / Présidente : Jean Rivoal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Dizengremel, Line Lapointe, Jean Rivoal, Claire Damesin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Damesin, Jean Rivoal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Régulateurs de croissance

Plantes -- Croissance

Langues -- Amérique

Liliacées

Mots clés libres

Amidon

Erythronium americanum

Métabolisme carboné

Relations source-puits

Bulbe

Bulb

Erythronium americanum

Carbon metabolism

Source-sink relationships

Starch

Résumé

Les relations entre l'activité de la source et l'activité du puits contrôlent en grande partie la croissance des plantes. Ces activités varient au cours du développement, mais aussi en réponse à des changements des conditions environnementales. Notre étude avait pour but d'identifier le rôle du métabolisme carboné dans la réponse de la croissance d'E. americanum à la modulation des activités de la source et du puits. Dans une première partie, l'activité du puits est modulée par la température de croissance. Aux fortes températures, l'activité du puits est plus élevée, alors que sa capacité est réduite. Ces effets, dus à la modulation du métabolisme du saccharose, mènent à une saturation précoce en amidon des bulbes à forte température. Par la suite, la baisse de la demande en carbone du puits induit un rétrocontrôle négatif de l'activité photosynthétique et finalement, la sénescence foliaire. À l'inverse, l'activité du puits à faible température est en rythme avec l'accroissement de la capacité, menant à une biomasse supérieure du bulbe en fin de croissance épigée. Dans une seconde partie, l'activité de la source est modulée en changeant la concentration en CO2 et en O3. Malgré la stimulation de la source sous fort CO2 et son inhibition sous fort O3, l'accumulation d'amidon et la biomasse du bulbe ne sont pas affectées. En effet, le surplus de carbone parvenant au puits est brûlé par la voie alternative de la respiration, celle-ci étant stimulée par l'activité de l'enzyme malique. La voie alternative de la respiration évite ainsi une saturation hâtive en amidon et éventuellement, une sénescence foliaire précoce. Dans une dernière partie, l'activité de la source est modulée par l'irradiance et la photopériode. L'accumulation d'amidon varie en fonction de la photopériode alors que l'irradiance n'a aucun effet. De plus, l'activité photosynthétique est inhibée très précocement sous longue photopériode. Cette inhibition semble due à un déséquilibre entre la quantité totale de carbone fixé par jour et son utilisation suite à son transfert au sein du bulbe. Nous pouvons donc conclure que les régulations du métabolisme carboné permettent d'ajuster l'activité du puits à la capacité de celui-ci chez l’E. americanum

Relationships between source and sink activities largely control the growth of plants. Both activities vary during development as well as in response to changes in environmental conditions. The aim of our study was to identify the role carbon metabolism plays in the response of E. americanum growth to changes in source and sink activities. Firstly, sink activity is modulated by changing growth temperature. Sink activity is higher at higher temperatures, whereas sink capacity is more restricted. These effects, due to the modulation of sucrose metabolism, lead to an earlier starch saturation of bulbs at higher temperature. Thereafter, the reduction in carbon sink demand induces a feedback inhibition of photosynthetic activity and finally, leaf senescence. In contrast, sink activity at low temperature is more in rhythm with the increasing sink capacity, leading to larger bulbs at the end of the epigeous growth season. Secondly, source activity is modulated by changing CO2 and O3 concentrations. Despite a stimulation of the source activity under high CO2 and its inhibition under high O3, neither plant growth nor starch accumulation was affected. Indeed, excess carbon translocated within the sink is burned by the alternative respiratory pathway. This pathway is stimulated by malic enzyme. Alternative respiratory pathway thus avoids an early starch saturation of the bulb and eventually, an early leaf senescence. Finally, source activity is also modulated by changing irradiance and photoperiod regimes. Starch accumulation changes in response to photoperiod but not to irradiance. Furthermore, photosynthetic activity is inhibited early in the season under long photoperiod. This inhibition seems due to an imbalance between the total amount of carbon fixed per day and its utilisation following translocation to the bulb. We can thus conclude that regulation of carbon metabolism allow to adjust sink activity to sink capacity in E. americanum.