Agriculture Ecophysiologie Adaptation des Plantes aux contraintes Environnementales APCE

Département Interactions Plantes Environnement

• Etudes passées (thèses en collaboration avec l’Algérie)I. Stress salin chez le blé dur Triticum turgidum durumII. Stress hydrique chez le haricot « niébé » Vigna

Unguiculata

• Projets collaboratifsI. Diagnostic du stress chez « niébé »II. Silicium du sol et effet du stress chez les plantes

Ecophysiologie et agriculture : APCE

NaCl 170 mM

- + - +

Proline 20 mM

- - + +

I. Problématique salinisation des terres, culture du blé dur Triticum turgidum durum (coll. Algérie)

Proline added to in vitro salt-stressed Tritticum turgidum subsp durum ( submitted) Katia AMI1,2,3, Séverine PLANCHAIS1, Cécile CABASSA1, Anne GUIVARC’H1, Majda KHELIFI2, Ouzna ABROUS-BELBACHIR3, Pierre CAROL1

l’acide aminé proline est un osmoprotectant naturel qui pourrait faciliter la résistance du blé dur en cas de salinisation des sols.

Exposition de jeunes plants à de fortes concentration de NaCladditionné de proline in vitro.

è Les paramètres physiologiques, biochimiques et moléculaires indiquent un stress NaCl hydrique et oxydant

è La proline protège des conséquences du stress

Ecophysiologie et agriculture : APCE

NaCl170 mM

- + - +

Proline 20 mM

- - + +

Ecophysiologie et agriculture : APCE

LeavesRoots

…mais la proline exogène n’influe pas sur l’absorption du Na.

Pro 20

NaCl170

+ +

+

+

RatioK+/Na+

0,1 1 10 100 1000

Na + absorbé et ratio K+/Na+ ne sont pas modulés par la présence de proline exogène

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NaCl + + + +

Pro + + + +

Leaves Roots

Gene 1HKT 1-4(Class I)

Control

Bèl’expression des

transporteurs de Na/K est régulée en présence de NaCl,

èMais transitoire donc pas adaptée à la tolérance au NaCl chez le blé dur

Exclusion de Na+ du xylème via les transporteurs HKT réduit l’accumulation de Na + dans les tissus

Gene 2

Proline added to in vitro salt-stressed Tritticum turgidum subsp durum ( submitted) Katia AMI1,2,3, Séverine PLANCHAIS1, Cécile CABASSA1, Anne GUIVARC’H1, Majda KHELIFI2, Ouzna ABROUS-BELBACHIR3, Pierre CAROL1

1, Institute for Ecology and environmental sciences of Paris iEES, Sorbonne Université,.2, ENSA, El Harrach. 3, Laboratory of Biology and physiology of Organisms, University of Sciences and Technology Houari Boumediene, Algiers, Algeria.

NaCl + + + +Pro + + + +

Leaves Roots

HKT 1-4;1

HKT 1-4;2Control

LeavesRoots

0,1 1 10 100 1000

è l’expression des transporteurs de Na/K qui est transitoire en présence de NaCl, n’est pas adaptée à la tolérance au NaCl chez le blé dur

A

B

la proline exogène protège du NaCl…mais n’influe pas sur l’absorption du Na.

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Pro 20

NaCl170

+ +

+

+

RatioK+/Na+

II. Problématique sécheresse : Stress hydrique chez le haricot « niébé » Vigna Unguiculata (coll. Algérie)

è la proline est elle un marqueur de résistance ?

Stress Control

Supplementary Figure 3. Stressed cowpea plants after 15 days of water deprivation. The arrows point to the upper tier of the plant aerial parts, which appears more turgid than the rest of the plant. The black bars indicate the separation of lower and upper tier. White bar = 12 cm

12 cm

12 cm

Ecophysiologie et agriculture : APCE

1ère feuille

3ère feuille

Proline(nmol.g-1 DW)

Figure 4

A

B

AOX1AOX2b

PTOX

DREB2a

RWC %

NCED1

95 82 76 56 34 93 88 80 72 640 7 9 13 15 0 7 9 13 15

Landrace B

Days

RBCS

Landrace M

EF1

P5CS

PRODH

landrace B (¨)landrace M (�)

Biosynthèse d’Acide abcissique

Biosynthèse de la proline Catabolisme de la proline

Feuille basse trifoliolée : synthèse et accumulation de la proline seraient découplées

Quantité de proline accumulée très faibledans la feuille la plus basse

è synthèse mais pas accumulation ?

Ecophysiologie et agriculture : APCE

050

100150200250300350400

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

A

B

AOX1

AOX2b

PTOX

DREB2a

RWC %

NCED1

95 82 76 56 34 93 88 80 72 640 7 9 13 15 0 7 9 13 15

Landrace B

Days

RBCS

Landrace M

EF1

P5CS

PRODH

Biosynthèse d’Acide abcissique

Biosynthèse de la proline Catabolisme de la proline

Feuille basse trifoliolée : synthèse et accumulation de la proline seraient découplées

0,2 mmole/g (DW) de proline accumulée dans la feuille la plus basse = très faible

è synthèse mais pas accumulation ?

Ecophysiologie et agriculture : APCE

RWC %

**

**

A

B

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

>90 85-90 85-75 65-75

Prolineµmol.g-1 (DW)

EF1

RWC %

P5CS

PRODH

DREB

>96 95-85 84-7574-65 95 RH >96 95-85 84-75 74-65 95 RH

Landrace B Landrace M

landrace B (¨ )landrace M ( )

Biosynthèse de la proline Catabolisme de la proline

La proline s’accumule dans la plus jeune feuille

è Stratégie de résistance par accumulation de proline dans les organes aériens les plus jeunes

Ecophysiologie et agriculture : APCE

Accumulation de 50 mmoles/g (DW) dans la feuille la plus jeune

Agriculture Ecophysiologie Adaptation des Plantes aux contraintes Environnementales APCE

Département Interactions Plantes Environnement

• Etudes passées (thèses en collaboration avec l’Algérie)I. Stress salin chez le blé dur Triticum turgidum durumII. Stress hydrique chez le haricot « niébé » Vigna

Unguiculata

• Projets collaboratifsI. Diagnostic du stress chez « niébé »II. Silicium du sol et effet du stress chez les plantes

Ecophysiologie et agriculture : APCE

Projets collaboratifs à venir dans et hors de l’iEES

I) Avec l’équipe « Zone critique » en particulier Oumarou Malamissa, pédologue IRD basé au Niger

è Diagnostique de l’état de stress du « niébé » par dosage de la proline et de l’expression de gènes clés.

Ecophysiologie et agriculture : APCE

Projets collaboratifs à venir dans et hors de l’iEESII) Projet collaboratif «PHC Maghreb » France-Tunisie-Algérie-Maroc (en évaluation)

è rôle du Si(OH) dans la perception et/ou la tolérance au stress hydrique (Arabidopsis, luzerne, poacé…).

- effet masquant de la perception du stress - meilleure réponse au stress- protection et tolérance

Ecophysiologie et agriculture : APCE