Caractérisation morphogénétique de Capparis spinosa L. et analyse protéomique et biochimique des extraits de racines et de boutons floraux.

Morphogenetic characterization of Capparis spinosa L. and proteomic and biochemical analysis of roots and buds extracts.

• Auteur / Autrice : Stéphanie Chedraoui
• Direction : Loïc Rajjou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IJPB Institut Jean-Pierre Bourgin
• Jury : Président / Présidente : Francoise Corbineau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Rajjou, Julie Boudet, Jean Luc Cacas, Marc El beyrouthy, Naim Ouaini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Job

Mots clés

Mots clés libres

Capparis spinosa

Morphogénétique

Protéomique

Biochimie

Racines

Boutons

Capparis spinosa

Morphogenetic

Proteomic

Bicochemical

Roots

Buds

Résumé

Capparis spinosa L. ou câprier est un arbuste méditerranéen xérophile bien connu pour la production de ses boutons floraux et ses fruits. Cette plante a une capacité extraordinaire à s’adapter à la chaleur et à la sécheresse. Étant tolérante au stress, le câprier s’intègre parfaitement dans les schémas de lutte contre le changement climatique et pour promouvoir une agriculture durable. Par conséquent, la culture du câprier peut stimuler le secteur agricole des pays de l’Est Méditerranéen. Au Liban, où l’agriculture est considérée critique, la culture du câprier se présente comme prometteuse, même si aujourd’hui cette plante n’est pas cultivée dans cette région. Pour cette raison, il apparaît important d’approfondir les connaissances sur la biologie des câpriers Libanais afin de mieux comprendre sa capacité d’adaptation et de faciliter sa culture. Dans cette étude, l’objectif est de fournir une caractérisation morphogénétique du câprier Libanais, une analyse protéomique des racines et des boutons floraux soumis à différentes conditions climatiques, une analyse métabolomique de ses extraits et leur activité biologique. La caractérisation morphologique a révélé la présence de 4 morphotypes naturels de C. spinosa répartis sur différentes altitudes au Liban. La diversité génétique a montré une variation importante entre les populations se distribuant en 6 groupes génétiques. La corrélation morphogénétique révèle certains traits non strictement liés aux facteurs génétiques, expliquant l’adaptation phénotypique aux conditions environnementales. Alors, des individus possédant des profils morpho-génétiques intéressants ont été sélectionnés afin de comprendre leur adaptation au niveau des organisations du protéome est de la composition biochimique. Les profils protéiques des racines et des boutons ont été décrits pour la première fois dans ce travail. Aucune donnée génomique n’est disponible sur le câprier à ce jour, les protéines ont donc été identifiées par une approche de séquençage de novo à partir des données de spectrométrie de masse. La protéomique différentielle a montré des variations d’abondance de certaines protéines potentiellement impliquées dans les mécanismes d’adaptations du câprier. Des protéines décrites comme régulateurs positifs de l’acide abscissique (ABA) ont été révélées dans les 2 organes. Au niveau des racines, l’implication de certaines protéines discriminantes a été signalée dans divers mécanismes tel que l’organisation du noyau, de la mitochondrie et du corps de Golgi, dans le trafic intracellulaire et dans la transduction du signal. Alors qu’au niveau des boutons, d’autres protéines discriminantes seraient impliquées dans la réponse à la lumière, le métabolisme des carbohydrates, l’activité des kinases, et des protéines liées à l’homéostasie. Les protéines identifiées peuvent être associées à des réponses d’adaptation à divers stresses abiotiques relatifs aux hautes altitudes, à la chaleur, à la sécheresse et au stress salin. La composition chimique des extraits des racines et des boutons floraux du câprier révèle la présence de 29 et 39 métabolites majeurs dans les racines et les boutons respectivement. De ces métabolites, 8 sont discriminants parmi les morpho-écotypes dans chaque organe. Les acides gras saturés comme l’acide palmitique et l’acide stéarique sont abondants et discriminants à la fois dans les racines et dans les boutons. Les composés chimiques révélés ont un rôle dans l’adaptation des plantes aux divers stress abiotique tel que la salinité, la sécheresse, la chaleur et la variation de température. L’activité biologique des extraits de boutons du câprier montre un potentiel activité antioxydant capable de piéger le DPPH avec une IC50 de 6,14 µg/mL. Les extraits de boutons et des racines ont prouvé une capacité à améliorer certains paramètres de germination des graines de A. thaliana soumises à un stress salin.

Capparis spinosa L. is a xerophilous Mediterranean shrub widely known for the production of its edible flower buds and fruits. This plant possesses great interest due to its huge agro-based potentialities especially in adapting to climate change. Therefore, such a stress-tolerant plant constitutes an efficient way to cope for the foreseeable nutritional needs and to promote a sustainable agriculture. It can lift-up the socio-economic conditions of farmers especially in rural communities in East-Mediterranean countries. In Lebanon, where agriculture is being critical, due to the effect of rapid climate change, one of the cultivation that can be developed is that of caper. Therefore, exploring C. spinosa in Lebanon has to be taken in order to reinforce the adaptation capacity and to exploit the traits of this species in order to further facilitate its cultivation. For a clearer understanding of this plant, this study provides morphological characterization and genetic diversity of Lebanese caper populations, proteomic analysis of caper roots and buds grown under different agro-climatic conditions, and metabolomic analysis and the biological activity of these organs extracts. Morphological characterization revealed the presence of four morphotypes of naturally grown C. spinosa in Lebanon with an altitude dependent distribution. Genetic diversity showed a high variation among populations that can attend six genetic groups. The correlation between morphological and genetic diversity showed that some traits of caper are not strongly correlated to genetic factors and thus might be the result of caper adaptation to environmental conditions. Therefore, individuals with interesting morpho-genetic profiles grown under different-agro-climatic conditions were selected in order to understand their adaptation through proteins and metabolites organizations. Proteins profiles of roots and buds of caper were described for the first time. Differential proteomics showed significant abundance of some proteins that might be associated with some environmental characteristics. Therefore, mostly discriminant proteins were identified through a denovo approach. The identified proteins from roots and buds uncovered proteins described as positive regulators of abscisic acid (ABA). In roots, some discriminant proteins were reported to be involved in various mechanisms such as nuclear and cytoskeleton organization, mitochondria and Golgi organization, genome organization, intracellular trafficking and signal transduction. Whereas, in buds, some other discriminant proteins were revealed implicated in light response, nuclear positioning and shape, cell wall and carbohydrate metabolism, cellular transport, kinase activity, Golgi organization, signal transduction and homeostasis. The proteins from both organs could be associated to adaptation responses to different abiotic stresses of which high altitudes related conditions, heat, drought, and saline stress. Metabolomic results revealed the presence of 29 and 39 major metabolites in roots and buds extracts respectively. Out of these metabolites eight were declared as significantly discriminant among morpho-ecotypes in each organ. Mainly, oleic acid, syringol, and an ethylcholesterol were shown highly induced in roots. Whereas, methylpalmitate, methyl linolenate, neophytadiene, oleamide, methylcholesterol and stigmatserol were found highly induced in buds. The saturated fatty acids, palmitic acid and stearic acid were found induced in both roots and buds. These chemicals were reported to be involved in plants adaptation to diverse abiotic stresses such as high salinity, drought, heat and temperature variation. The biological activity of caper buds extracts proved considerable antioxidant activity capable of scavenging DPPH with an IC50 value of 6.14µg/mL. And caper roots and buds extracts were able to improve some germination parameters of A. thaliana seeds subjected to salinity.