Réponses cellulaires rapides de l’halophyte Cakile maritima au choc salin : analyse de leur implication dans la mort cellulaire programmée et l’adaptation.

Rapid cellular responses of the halophyte Cakile maritima to salt shock : analysis of their involvement in programmed cell death and adaptation.

• Auteur / Autrice : Ibtissem Ben hamed
• Direction : François Bouteau, Chedly Abdelly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 17/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Tunis El Manar. Faculté des Sciences Mathématiques, Physiques et Naturelles de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Dron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Bouteau, Chedly Abdelly, Michel Dron, Christian Mazars, Radhia Gargouri, Wided Chaïbi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Mazars, Radhia Gargouri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Effets du sel

Biologie moléculaire végétale

Électrophysiologie végétale

Mots clés libres

Cakile maritima

Salinité

NSCCs

Ros

Sos

Pcd

Cakile maritima

Salinity

NSCCs

Ros

Sos

Pcd

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse ont porté sur la specificité des réponses cellulaires de l’halophyte obligatoire Cakile maritima au choc salin et la régulation des événements précoces impliqués dans la mort cellulaire programmée et la survie en condition de salinité. Dans une première étape, nous avons montré que cette plante est aussi tolérante aux chocs salins répétés qu’au stress salin progressif. Cependant, on a observé de zones de mort cellulaires sur les feuilles âgées soumises à un choc salin sévère (400 mM NaCl). Pour mieux cerner la cascade d’événements impliqués dans ce processus de mort cellulaire, nous avons poursuivi nos expériences sur des suspensions cellulaires de C. maritima, dont nous avons-nous même optimisé les conditions d’obtention, et des suspensions cellulaires d’Arabidopsis thaliana (glycophyte modèle). Chez les deux espèces, nous avons observé une mort cellulaire programmée qui dépend de la durée et l’intensité du traitement salin appliqué, et qui met en jeu les mêmes événements cellulaires notamment la dépolarisation de la membrane plasmique due à l’entrée de Na+ par les NSCCs, un dysfonctionnement mitochondrial, une production d’anions superoxydes et une activation de protéines de type caspase. La tolérance de C. maritima au stress salin serait potentiellement due à une forte accumulation d’ascorbate qui permettrait à cette halophyte de mieux réduire les dommages générés par le stress oxydatif. C. maritima s’est aussi distinguée par une meilleure capacité de contrôler l’accumulation cytoplasmique de Na+, conduisant à la survie de ses cellules en condition de salinité. Cette étude sur la mort cellulaire induite par le NaCl chez les cellules en culture de C. maritima nous a aussi permis de mettre en évidence deux types de comportement dans cette population de cellules en culture : l’un lié à une dépolarisation soutenue en réponse au NaCl conduisant probablement à la mort de ces cellules, l’autre lié à une dépolarisation transitoire indiquant que l’influx de Na+ au travers des NSCC était régulé permettant probablement aux cellules présentant ce comportement de survivre en évitant l'accumulation excessive de Na+ dans le cytosol. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons mis en évidence la capacité de C. maritima d’exclure Na+ via le système SOS. Ce résultat suggère l’existence d’une deuxième voie de signalisation induite parallèlement à celle conduisant à la mort cellulaire. Cette voie, impliquant une production rapide d’oxygène singulet, pourrait permettre un influx de Ca2+ dans le cytoplasme activant la protéine SOS3 et en cascade SOS2 et SOS1 et les H+-ATPases de la membrane plasmique permettant un efflux du Na+ via SOS1 hors des cellules.

AbstractThis work aimed at understanding the specificity of cellular responses of the obligate halophyte Cakile maritima to salt shock and regulation of early events involved in programmed cell death and survival under salinity conditions. In a first step, we have shown that this plant is tolerant upon both repetitive salt shocks and gradual salt application. However, we have observed a cell death zones on older leaves subjected to a severe shock saline (400 mM NaCl). To better understand the cascade of events involved in the cell death process, we continued our experiments on suspension culture of C. maritima, which we have optimized ourselves the conditions for establishment and suspension culture of Arabidopsis thaliana (glycophyte model). In both species, salinity induced programmed cell death that depends on the duration and the intensity of the applied salt treatment. Also, the same cellular events, including depolarization of the plasma membrane due to the Na+ influx by NSCCs, mitochondrial dysfunction, production of superoxide anions and activation of caspase-like proteins, occurs early in response to salt stress. C. maritima tolerance to salt stress is potentially due to a strong accumulation of ascorbate that would allow this halophyte to better reduce damage generated by oxidative stress. C. maritima is also distinguished by a better ability to control the cytoplasmic accumulation of Na+, leading to the survival of its cells under salinity conditions. This study on cell death induced by NaCl in cell culture of C. maritima also allowed us to identify two types of behavior in this population of cells in culture: one related to a sustained depolarization in response to NaCl probably leading to death of these cells, the other linked to a transient depolarization indicating that the Na+ influx through the NSCC was probably regulated allowing cells exhibiting this behavior to survive by avoiding excessive accumulation of Na+ in the cytosol. In the last part of this work, we have demonstrated the ability of C. maritima to exclude Na+ via the SOS system. This result suggests the existence of a second signaling pathway induced in parallel to that leading to cell death. This pathway, involving a rapid production of singlet oxygen, could allow a Ca2+ influx in the cytoplasm that acts as an elicitor for activation of SOS3 protein and SOS2-SOS1 cascade and H+- ATPases of the plasma membrane allowing Na+ efflux via SOS1 out of cells.