Phytohormones Course Notes PDF

4 – Rôle des Gibbérellines (GA) lors de la germination 58 La germination = somme des événements qui vont de la graine sèche à la percée de la racine. Cela commence par une prise d’eau (imbibition) qui permet l’activation métabolique et se termine par la sortie de la racine (ou radicule) hors des...

4 – Rôle des Gibbérellines (GA) lors de la germination 58 La germination = somme des événements qui vont de la graine sèche à la percée de la racine. Cela commence par une prise d’eau (imbibition) qui permet l’activation métabolique et se termine par la sortie de la racine (ou radicule) hors des téguments de la graine. Exemple: germination d’une graine de pois (Pisum sativum). Rolletschek et al; 2009 59 Quelles sont les conditions requises pour qu’une graine germe? ➔ Conditions externes environnementales ➔ Conditions endogènes physiologiques 60 ▪ Des conditions environnementales favorables ➔ Disponibilités en eau et en oxygène ➔ Température et lumière adéquates Permet de lever la Quiescence des graines 61 ▪ Des conditions endogènes favorables ➔ Levée de la dormance Indispensable même si toutes les conditions internes et environnementales sont favorables - Exemples de la stratification ou de la scarification ➔ Avoir atteint un stade de maturité ➔ Ne pas dépasser la période de longévité qui dépend de la durée de vie et des conditions de conservation des graines >> Dépendant des conditions de conservation (Froid et Sec) 62 Les graines sont des structures très résistantes à des conditions extrêmes, capables de conserver un pouvoir germinatif pendant très longtemps Silene stenophyllia 63 La Réserve mondiale de graines du Svalbard (Norvège) 64 https://www.geo.fr/environnement/ou-sont-les-12-plus-grandes-banques-de-graines-de-la-planete-194654 Rôles des GA au cours de la germination • Une synthèse de novo de GA est nécessaire pour permettre la germination des graines Ex: des inhibiteurs de biosynthèse des GA empêchent les graines de germer. • GA stimulent l’action de glucanases = enzyme de dégradation de la paroi des cellules des téguments • GA permettent la mobilisation des réserves de la graine jusqu’à ce que la plantule soit capable d’effectuer sa propre photosynthèse 65 Carte d’identité des GA Acide Gibbérellique • Molécules dérivées de la famille des terpènes • Synthétisées dans les tissus jeunes (bourgeons, jeune feuilles) • Transportées par le phloème 66 Une famille de molécules (100 aines) Les formes actives pour la germination sont GA1, GA3 et GA4 67 Mobilisation des réserves: exemple de l’amidon L’amidon est stocké dans des amyloplastes = plastes spécialisés présents dans les graines Coloration de l’amidon (grain de Maïs) Amyloplastes colorés à l’iode 68 • Graines des Poaceae = caryopse Téguments Aleurone = grain ovoïde contenant essentiellement des peptides parfois pigmentés. 69 Action des GA sur la mobilisation des réserves Exemple de l’amidon des céréales 2 - Les GA diffusent dans la couche à Aleurone 1 - Les GA sont synthétisées par l’embryon et sont relarguées dans l’albumen 3 – Les cellules à aleurone sont induites pour l’expression des gènes codant l’a-amylase 4 – L’amidon est dégradé en glucose 70 Régulation transcriptionnelle Synthèse de l’enzyme en quantité (mg) Synthèse de l’ARNm GA3 (M) Nanjo et al. 2004 71 Bilan Double Fécondation • Zygote 2n >>>> embryon • Albumen 3n >>> réserves • • Maturation • des graines • Embryogenèse Accumulation des réserves Déshydratation Etat de dormance ABA • • • Germination • Imbibition Levée de dormance Mobilisation des réserves Reprise du métabolisme GA 72 Action antagoniste de l’ABA et des GA Induction de la dormance Synthèse d’ABA Dégradation des GA Signalisation ABA Etat dormant Levée de la dormance Synthèse de GA Dégradation de l’ABA Signalisation GA Levée de dormance Germination ABA GA 73 Action antagoniste de l’ABA et des GA Synthèse de GA ABA Graine dormante Mobilisation des réserves Germination 74 Action antagoniste de l’ABA et des GA Conditions favorables & levée de dormance Graine dormante Catabolisme de l’ABA Synthèse de GA ABA Mobilisation des réserves Germination 75 5 – Effet des GA sur la croissance des tiges Entre-noeud La taille des entre-nœuds est très réduite chez les plantes en rosette + GA - GA 76 Exemple du Riz Mutant dépourvu de GAs 77 GA12 GA20 Oxydase GA9 GA20 Formes inactives GA4 GA1 Formes actives Les variétés de riz semi-naines sont mutées dans le gène de la GA20 oxydase. Semi-naine Wild-type 78 Des variétés affectées dans la biosynthèse des GAs ont joué un rôle important dans la « révolution verte » Des augmentations considérables des rendements de culture au cours du 20ème siècle ont eu lieu en raison de l'utilisation accrue d'engrais et de l'introduction de variétés semi-naines de céréales. On parle de révolution verte. Les variétés semi-naines sont plus robustes et moins susceptibles de plier. L’agronome Norman Borlaug (1914-2009), Prix Nobel de la paix en 1970, considéré comme le père de la “Révolution verte” 79 Insertion d’un gène de nanisme chez le blé 80 6 – Contrôle de la croissance par l’auxine (AIA) 6 – 1 L’auxine à l’origine de la découverte des phytohormones Modèle: Réponse de phototropisme coléoptile d’avoine 61 Etude du phototropisme: Expériences de Darwin (1809-1882) 82 Nous devons donc conclure que lorsque les plantules sont exposées à une lumière latérale une certaine influence est transmise de la partie supérieure à la partie inférieure, conduisant celle-ci à se plier 83 Boyen-Jensen (1913) démontre que le signal peut être transmis à travers la gélatine 84 Le repositionnement de la pointe peut induire une courbure sous un éclairement uniforme ou à l’obscurité Paal (1919) montre que si la pointe est découpée et replacée sur le côté, cela suffit pour provoquer la courbure, même lorsque la lumière est uniforme 85 Purification de l’auxine L’auxine est purifiée dans les années 1930s: c’est un stimulateur de croissance (Test de Went) Angle de courbure proportionnel à la quantité d’auxine dans le bloc Collecte de l’auxine dans des blocs d’agar à partir de pointes de coléoptile.. …le matériel collecté dans les blocs d’agar contient une substance de croissance. Le test de courbure a été utilisé pour la purification de l’auxine. Redrawn from Went, F.W. (1935) Auxin, the plant growth-hormone. Bot. Rev. 1: 162-182. = Méthode de dosage biologique 86 L’auxine stimule l’élongation cellulaire (du grec auxese = augmenter, croître) Elongation de coléoptile d’avoine 87 Réponse de phototropisme: L’auxine de façon asymétrique s’accumule du côté non-éclairé et provoque l’élongation et la courbure 88 Réponse de phototropisme: L’auxine de façon asymétrique s’accumule du côté non-éclairé et provoque l’élongation et la courbure Taille des cellules Concentration en auxine Marqueur de l’accumulation d’auxine Esmon, C.A. et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: 236–241. Friml, J., et al. (2002) Nature 415: 806-809. 89 5 – 2: Carte d’identité de l’auxine Auxine = Acide Indole-3-acétique (AIA) ➔ Il existe de nombreuses autres molécules d’auxine: naturelles ou synthétiques utilisées en horticulture ➔ Synthèse importante dans les tissus jeunes (bourgeons, jeunes feuilles) et dans les graines et les fruits en développement 90 L ’AIA peut être conjugué à différents composés ➔ Formes inactives de l’hormone IAA = AIA Glu = Glucose Glc = Galactose Asp =Aspartate AA = Acide aminé Ox = oxindole 91 5- 3: Effets physiologiques de l’auxine 5-3-1: Le gravitropisme Gravitropisme négatif Gravitropisme positif 92 Comment la gravité est-elle perçue? Perception de la gravité par les cellules de la coiffe racinaire: les statocystes qui contiennent des amyloplastes spécialisés: les statolithes. Statocystes Statolithes 93 Comment la gravité est-elle perçue? Les statolithes sont capables de se repositionner très rapidement après un changement d’orientation Gravité http://www.snv.jussieu.fr/ 94 AIA Cinétique de la réponse de gravitropisme Statolithes 95 Croissance cellulaire différentielle: Nécessite un signal Perception Réaction 96 Changement d’orientation associé à une relocalisation des flux d’auxine Gravité Racine horizontale Paciorek et al. Nature. 2005 - Modification de l’accumulation de l’auxine quelques minutes après le changement d’orientation. Il doit exister un système de transport orienté de l’auxine. 97 Gradient d’auxine de l’apex vers la base Marchant, et al. (2002).. Trends Plant Sci. 6: 535–542, with permission from Elsevier. 98 Transport orienté de l’auxine • Transport polarisé basipète • Indépendant de la gravité http://plantphys.info/plant_physiology/auxin.shtml 99 rt polarisé d’auxine Transport polarisé au niveau cellulaire Apex apex IAA- 2H + IAAH Simple diffusion IAAH cytosol H+ IAA- H pH 7 H paroi + + IAA- pH 5 IAA- IAAH Base Symport H+ / AIA = transporteurs d’influx H+ - ATPase Transporteur d’efflux base 100 Les transporteurs d’efflux PIN Les transporteurs d’efflux PIN, sont localisés sur le bas des cellules de cortex PIN1 est localisé sur la face basale des cellules de cortex racinaire PIN1 est responsable du flux d’auxine du haut vers le bas de la racine. Expérience d’immunolocalisation Apex racinaire 101 Une famille multigénique Il existe plusieurs types de transporteurs d’efflux codés par des gènes différents Définition: Une famille multigénique est un ensemble de gènes, au sein d'un même génome, qui présente des homologies de séquences issues d'un gène ancestral ayant subi une duplication, mutation et transposition. Ainsi les protéines 102 produites par ces gènes auront globalement les mêmes fonctions biochimiques. Le transporteur PIN3 se réoriente en fonction de la gravité Vertical Horizontal PIN3 PIN3 est responsable de la réorientation du transport latéral de l’auxine 103 Mutant de perte de fonction de PIN3 Mutant agravitropique incapable de réorienter sa croissance en fonction du vecteur de gravité Gravité pin3 WT WT pin3 104 Synthèse évenements gravitropisme ➔ La gravité est perçue par les statolithes dans les statocystes ➔ La croissance des racines s’oriente selon la gravité grâce à une différence d’élongation des cellules ➔ Cette différence de croissance est due à une modification du transport polaire de l’auxine via les transporteurs PIN 105 Evénements cellulaires associés à la réponse de gravitropisme La sédimentation des statolithes provoque l’activation d’une signalisation calcique 106 La sédimentation des statolithes provoque l’activation d’une signalisation calcique Relocalisation membranaire des transporteurs d’efflux PIN Relocalisation des flux d’auxine Croissance différentielle 107 Il existe également un gravitropisme négatif de la partie aérienne « Forêt courbée » en Pologne 108 Des statolithes sont également présents dans des statocytes spécialisés localisés en périphérie des vaisseaux Coupe transversale dans une tige de véronique (Veronica arvensis), coloration au lugol. P : parenchyme, C : cambium, Ph : Phloème, M : moïlle, v : vaisseau, S : statocyte, st : statolithes 109 Dans tous les cas la gravité est perçue par les statolithes qui provoquent un transport polarisé de l’auxine vers le bas des organes Gravitopisme négatif Gravitopisme positif Cellule accumulant de l’auxine Comment une même molécule peut-elle provoquer deux réactions opposées? 110 Différence de sensibilité des tissus Courbe dose-réponse 111 Différence de sensibilité des tissus ELONGATION INHIBITION 112