Photooxidative stress and tolerance mechanisms in the response to clomazone herbicide in two varities of tobacco (Nicotianan tabacum L.)
Stress photooxydatif et mécanismes de tolérance en réponse à un herbicide, le clomazone, chez deux variétés de tabac (Nicotiana tabacum L.)
Résumé
The effect of low doses of clomazone 2-(2-chlorobenzyl)-4,4-dimethyl-1,2-oxazolidin-3-one, a non-selective herbicide of the isoxazolidinone family, has been already determined in Nicotiana tabacum L. The plantlets of two varieties of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi; Nicotiana tabacum L. cv. Virginie vk51) were subjected to low concentrations of clomazone (1, 10−1, 10−2, 10−3, 10−4 and 10−5) µM in a hydroponic system. The photosynthetic electron transport has been studied by analyzing the rapid kinetics of chlorophyll a fluorescence and measuring changes in the chloroplast oxygen evolution. The results showed that clomazone at concentrations of 1, 10−1, 10−2, 10−3 and 10−4 µM affected several parameters of chlorophyll a fluorescence and OJIP test (Fv/Fm, PIabs, 1-VJ, ABS/RC, TR0/RC, DI0/RC, ET0/RC and ET0/ABS). Clomazone at 1 µM led to a large accumulation of H2O2 in Virginie variety inducing programmed cell death. Our results show that Xanthi variety has a higher tolerance to clomazone as compared to Virginie, this can be explained by increasing the efficiency of electron transport beyond QA− (1–VJ) as well as improving the function of antioxidant enzymes (APX and MDHAR). The pretreatment of Virginie plantlets (three leaf stage) with alternation of short cycles (16 min/ 8min) of light/dark (AL) for three days, has improved its tolerance to clomazone toxicity. This pretreatment stimulated ROS-detoxification systems by increasing the activity of antioxidant enzymes and the biosynthesis of antioxidant compounds such as ascorbate acid and phenolic compounds, and consequently reduced the level of programmed cell death (PCD) provoked by the stress photooxydatif. It is suggested that the stimulation of alternative pathways of electron dissipation, such as the photorespiration, as well as changes in the circadian cycle, are primarily involved in the acquisition of the tolerance. This effect so-called "priming" has maintained during the growth of tobacco and has been revealed by increases in the growth and net photosynthesis until the flowering stage.
Les effets de faibles doses de clomazone 2-(2-chlorobenzyl)-4,4-dimethyl-1,2-oxazolidin-3-one, un herbicide non-sélectif de la famille des isoxazolidinones, ont été étudiés chez Nicotiana tabacum L. De faibles concentrations de clomazone (1, 0.1, 0.01, 0.001, 0.0001 et 0.00001 µM), ont été appliquées chez deux variétés de tabac (Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi; Nicotiana tabacum L. cv.Virginie vk51) cultivées en hydroponie. Le transport d'électrons photosynthétiques a été étudié par l'analyse de la cinétique rapide de fluorescence chlorophyllienne et par la mesure de l'évolution de l'oxygène chloroplastique. Les résultats ont montré que le clomazone à des concentrations de 1, 0.1, 0.01, 0.001et 0.0001 µM, affecte les paramètres JIP (Fv/Fm, PIabs, 1–VJ, ABS/RC, TR0/RC, DI0/RC, ET0/RC et ET0/ABS). Le clomazone à une concentration de 1 µM, conduit à une importante accumulation de H2O2 chez Virginie induisant la mort cellulaire programmée (PCD). Nos résultats montrent que la variété Xanthi présente une tolérance plus importante au clomazone que la variété Virginie, ce qui peut s'expliquer par une meilleure efficacité du transport d'électrons au delà de QA, ainsi qu'une amélioration du fonctionnement du système antioxydant enzymatique (APX et MDHAR). Le prétraitement des plantules de la variété Virginie par une alternance de cycles courts de lumière/obscurité (16 min/ 8min) pendant trois jours lorsque les plantules sont au stade de trois feuilles, a amélioré leur tolérance face à la toxicité du clomazone. Ce prétraitement induit l'activation des systèmes de détoxification des ERO via l'augmentation des activités des enzymes antioxydants et la biosynthèse de composés antioxydants tels que l'ascorbate et les composés phénoliques et réduit le niveau de mort cellulaire programmée, induit par le stress photooxydatif. Il est supposé que la stimulation des voies alternatives de dissipation des électrons, telle que la photorespiration, ainsi que les modifications du cycle circadien, soient prioritairement impliquées dans l'acquisition de la tolérance. Cet effet dit de "priming" se maintient tout au long de la croissance du tabac et se manifeste par une augmentation de la croissance et de la photosynthèse nette qui perdure jusqu'au stade de la floraison.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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