Chapitre 5 : Strigolactones PDF

Chapitre 5 : Strigolactones Ce sont des molecules impliquees dans les associations symbiotiques avec notamment les arbuscules a mycelium = endomycorhizes. Impliquees aussi dans les mecanismes de parasitismes plante-plante → role dans la stimulation de la germination de plantes parasites comme le St...

Chapitre 5 : Strigolactones Ce sont des molecules impliquees dans les associations symbiotiques avec notamment les arbuscules a mycelium = endomycorhizes. Impliquees aussi dans les mecanismes de parasitismes plante-plante → role dans la stimulation de la germination de plantes parasites comme le Striga (plante qu’on voit souvent en Afrique) Role dans la regulation du dvppt des rameaux secondaires (shoot branching). Cette production des strigolactones est reliee a la disponibilité en nitrate et en phosphate. Etude sur du riz : une plante incapable de faire des strigolactones fait bcp + de tiges laterales qu’une plante qui en fait : role dans la régulation des rameaux secondaires Strigolactones vont attirer les endomycorhizes et vont faire en sorte qu’elles se ramifient → tendance a accelerer les associations symbiotiques (servent a aider les plantes dans la recherche de nutriments) Champ de maïs : infeste par du Striga appele « l’herbe sorciere » va produire des fleurs roses Le Striga induit une reduction importante de la production de maïs mais pas que : millet (bcp cultive en Afrique) et cela a un cout : 10 milliards de perte par an.  ➔ Les SLs ont tendance a stimuler la germination des graines de Striga 3 phenomenes differents : parasitisme, symbiose et dvppt de la plante (= gestion d’une croissance harmonieuse avec l’importance du systeme racinaire et du systeme aerien) I. Synthese des strigolactones Interaction entre le Striga et le maïs → graines attirees vers le maïs : chimiotactisme possible → voir ce qu’il y a dans les exsudats racinaires. Ils ont extrait et purifie les SLs. Lactone : O dans un cycle et aldehyde sur un carbone Ils ont trouve une famille de composes qui ont comme point commun dans la voie de biosynthese une molecule = déoxystrigol = molecule de base qui peut avoir un certain nombre decorations (radicaux secondaires). Striga = genre qui comporte +ieurs especes. La plante hote produit les SLs qui aide la germination de la plante parasite (striga) → elle aide la plante parasite a le parasiter : mecanisme qui semble defavorable a la plante ne devrait pas etre selectionne donc s’il reste c’est qu’il a un effet benefique. Pour comprendre ce qu’il se passe on selectionne des mutants = deficiente dans la production de carotenoïdes. Plantes deficientes pour la production de carotenoïdes → en presence de Striga induit un taux de germination des graines – important ➔ Possible que les strigolactones proviennent de la voie de biosynthese des carotenes. ➔ Grace a l'utilisation de mutants de maïs et d'inhibiteurs enzymatiques, les carotenoïdes se sont reveles etre les precurseurs des SL Noms des mutants pas à apprendre : max3 : more axillary growth3 = croissance + importante des bourgeons lateraux rms5 : + de rameaux d17 : naine dad3 : architecture par dominance apicale. Genes tous impliques dans le meme phenotype et dans la meme voie de biosynthese Comparaison de l’expression des genes → caracteriser la fonction des genes = ils jouent un role dans la coupure de la chaine de carotenes ce qui va permettre la production de strigolactones Quand le gene est mute, il joue un role dans la degradation des carotenes → la biosynthèse des SLs provient de la dégradation des carotènes + on coupe des carotenoïdes, + on a de SLs et le gene mute empeche la production de carotenoïdes donc pas de SLs. Si on n’a pas de SLs, on a une ramification. Si on ajoute dans le milieu un SL de synthese (GR24) il va compenser la mutation et permettre l’apparition de racines 2ndaires ➔ Strigolactones responsables de la regulation de la production de branches laterales MAX1 : pas le meme type d’enzyme que MAX 2 et 3. P450 sont souvent des enzymes qui rajoutent des OH pres la cassure des carotenoïdes → role d’hydroxylation. Si on met du GR24, dans tous les cas on aura des plantes normales. On peut bloquer avec des mutations a differents niveaux de la voie de biosynthese et on peut restaurer le phenotype quelque soit le niveau ou on a une perturbation en ajoutant une SL synthetique. P450 exprimee : gene rapporteur avec le promoteur de MAX1 → on voit que MAX1 est exprime principalement dans les tissus conducteurs → grandes chances que les SLs soient des molecules qui circulent. Grafting : greffes Max 3 = mutant qui produit peu de SLs donc bcp de racines 2ndaires. Avec une base sauvage et une partie aerienne max 3 on n’aura pas de racines 2ndaires : base sauvage a envoye des SLs des racines vers la feuille. Dans l’autre sens la partie aerienne suffit a stopper la production de racines 2ndaires. Double mutant : max1 (mutant qui ne sait surement pas decorer les molecules qui vont devenir des SLs) / max4 (surement un mutant qui ne sait pas couper les carotenoïdes) : bourgeons axillaires qui se forment Si on fait l’inverse avec les racines mutees sur max1 : pas mutees sur max4 → n’empechent pas le clivage des carotenoïdes : fractions de carotenoïdes peuvent monter et vont pouvoir faire la decoration avec les P450 Cette experience montre la succession et qu’au depart, il est probable que les SLs soient produit a travers les carotenoïdes de racines. Max1 doit intervenir apres max4 → cela nous montre la circulation Conclusion de ce qu’on connait sur la biosynthese : - L’origine des SLs = carotenoïdes - Ces carotenoïdes sont clives - Puis les carotenoïdes sont decores pour donner des SLs - SLs circulent II. Perception et signalisation Mutants du clivage et mutants de la decoration Meme si on est capable de produire ces SLs ce n’est pas suffisant : il faut qu’elles soient reconnues ➔ Mutation max2 empeche la reconnaissance de ces SLs Max1, max3 et max4 : tout est produit dans la racine et ça monte. Si on a l’inverse pour max4, tout peut etre fait dans la feuille. ➔ Tout peut etre fait dans la feuille ou dans la racine pour que la partie aerienne ne fasse pas de bourgeons axillaires. MAIS pour max2 on voit que meme si c’est produit dans la partie racinaire on a quand meme des rameaux axillaires → perception des SLs rentre en jeu Une greffe marche grace a une reconnexion tissulaire → division cellulaire se fait grace au cambium = tissus 2ndaires qui vont permettre la connexion (absent chez les monocotyledones). Mutant d3 qui produit des SLs a quand meme des rameaux secondaires Chez ceux qui sont dans les inhibitions du clivage des carotenoïdes, d10 et d17 on a aussi des rameaux 2ndaires. ➔ En rajoutant des SLs synthetiques (GR24) ils effacent la mutation (il y a a la fois les SLs et la perception) ➔ Mais s’ils en rajoutent apres la synthese de SLs (d3) on a quand meme une formation des racines 2ndaires car c’est un mutant pour la perception des SLs et non pour la production. 2 types de mutants : dans la voie de biosynthèse et dans la perception des SLs Perception grace a un recepteur specifique. - Recepteur putatif qu’on va retrouver chez le Striga III. Processus dans l’entierete de la plante A. Racines secondaires Comment les strigolactones inhibe l’élongation des rameaux latéraux ? Dominance apicale : Bourgeons apicaux produisent bcp d’AIA et donc inhibent les bourgeons lateraux → Gradient de concentration d’AIA → - d4AIA, + de dvppt des bourgeons lateraux Cytokinines ont l’effet inverse : vont induire l’elongation des bourgeons lateraux.  ➔ Balance entre la concentration d’AIA et de cytokinines. SLs : permettent aussi l’inhibition des bourgeons, comme l’AIA. Auxine intervient dans l’inhibition des cytokinines : inhibe une enzyme de la voie de biosynthese des cytokinines. L’auxine favorise la production de dioxygénases qui vont cliver les carotenoïdes et promouvoir la production de SLs. Auxine favorise le clivage. La nutrition contrôle le branching : qd on a bcp de phosphate, on aura un systeme aerien + dvppe alors quand on a moins de phosphate on aura un systeme aerien + petit et un systeme racinaire + important. La carence en phosphate inorganique induit une sorte de nanisme chez les plantes. Lorsque le phosphate decroit, la taille des entrenœuds decroit et le niveau de SLs augmente. ➔ Connexion entre la nutrition en phosphate et l’augmentation des SLs. Il existe des mutants qui ne reagissent pas a la strigolactone Chez Arabidopsis, que l’on mette bcp de phosphate ou peu on aura une grande difference sur les rameaux secondaires mais chez les mutants on aura aucunes differences. Les mutants ne peuvent pas produire de SLs donc peu de phosphate n’induira pas la production de SLs → Pas de difference entre le dvppt des bourgeons axillaires. SI on rajoute des SLs synthetiques (GR24) on aura bcp + de racines secondaires Au niveau des racines : les SLs avec les auxines jouent un role dans l’architecture le la racine en favorisant le systeme racinaire en presence de peu de phosphate B. La croissance de colonies de mousses Il existe une mousse qu’on peut cultiver in vitro, garder de maniere sterile, transformer, mettre en fermenteur… Interet : mousse est haploïde Quand on met ces mousses dans des boites de petris a des densites differentes, + la densite est grande, + les colonies sont petites. ➔ Quorum sensing : sentir l’environnement : chez des mousses deficientes dans la production de SLs ne fonctionnent plus car elles sont insensibles a la densite des colonies → competition totale. Prouve que les SLs peuvent bouger mais aussi etre diffusees 1 mecanisme peut avoir ete initie au depart dans un contexte de competition. C. Symbiose En ajoutant des SLs : on favorise une ramification du mycelium des mycorhizes Les SLs produits par la plante vont permettre a la fois la germination et le dvppt d’arbuscules de mycorhizes ainsi que le dvppt du parasite La molecule a trouve sa raison d’etre → favoriser la mycorhization en prenant le risque d’etre parasite ce qui est surement bcp + avantageux que de s’interdire la mycorhization. Quand on a peu d’azote on a aussi bcp de SLs ➔ Reponse au phosphate mais aussi a l’azote D. Germination Juxtaposition du pied sur la racine Favorise la germination mais ce n’est pas specifique au Striga → Arabidopsis aussi (on passe de 75 a 100%) Max1 est implique dans la formation des SLs donc si on lui en donne on va avoir u ne germination de + en + grande Max2 ne germe pas du tout car il ne les perçoit pas. ➔ SLs important pour la germination d’autres plantes Montre l’impact des especes de strigolactones : hectares infectes et les graines peuvent rester une 15aine d’annees viables. ➔ Solution : mettre des SLs quand on n’a pas l’hote pour les faire sortir de dormance et les faire germer qd elles ne trouveront pas d’hotes Plantes qui vont emettre des molecules qui inhibent la germination. Est-ce qu’on peut voir une relation structure-fonction qui permettrait d’avoir une stimulation par les SLs des mycorhizes mais une non-stimulation de Striga → possible avec une molecule = GR24 qui n’est pas produite par les plantes Conclusion : L’installation du parasitisme chez Striga est en 2 etapes : - Germination - Fixation A terme : accolement de l’hote et du parasite et connexion des tissus vasculaires. Tout cela se fait grace a d’autres molecules : quinones, flavonoïdes, cytokinines, SLs