Étude des réponses de détoxication du Peuplier soumis à un stress oxydant généré par la sécheresse ou par l’ozone : rôle du métabolisme du glutathion.

Responsable scientifique : Marie-Noëlle Vaultier (UMR 1137 Ecologie et Ecophysiologie Forestières – EEF)

Partenaires Labex : Y. Jolivet, D. Le Thiec (UMR 1137-EEF) N. Rouhier (UMR 1136 « Interactions Arbres-Mocroorganismes » IAM)

Collaboration : Pr V.Hurry, Department of Plant Physiology, Umea University, Umea Plant Science Center (UPSC)

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Contexte— De nombreux arbres sont d’ores et déjà affectés par les premiers impacts des changements climatiques en cours, entraînant mondialement des pertes forestières majeures. Les problématiques futures de l’industrie forestière concernent la capacité des arbres à survivre et s’acclimater à un environnement changeant. D’où une nécessité économique d’étudier les mécanismes sous-tendant la réponse des arbres à ces variations de l’environnement générant d’une façon générale un stress oxydant. Rechercher les paramètres intervenant dans la détoxication cellulaire est donc nécessaire, afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués chez les arbres.

Objectifs— L’objectif principal de ce projet consiste à étudier l’importance du métabolisme du glutathion, molécule clé anti-oxydante, dans les processus de détoxication chez les arbres soumis à la sécheresse ou exposés à des doses chroniques d’ozone. Pour cela, deux génotypes de peuplier présentant une sensibilité différente au stress oxydatif ont été retenus. Cela nous aidera à élucider la réponse du peuplier aux stress abiotiques, particulièrement en permettant d’établir les éléments clé spécifiques du réseau de détoxication, pour chaque type de stress, et de mettre en évidence les mécanismes potentiellement communs.

Démarche—  Notre étude est réalisée à la fois au niveau des stomates et les feuilles entières, et différentes tâches sont développées : i) analyse de la spécificité de chaque stress au niveau cellulaire ; ii) étude de la régulation moléculaire et protéique des enzymes impliquées dans le métabolisme du glutathion et iii) identification de nouveaux acteurs liés au métabolisme du glutathion.

Résultats marquants—

• Enzymes du cycle Halliwell-Asada-Foyer : les deux génotypes présentent une réponse assez similaire d’un point de vue des activités enzymatiques. L’ozone tend à stimuler la MDHAR, impliquée dans la régénération de l’ascorbate réduit, alors que l’activité de la DHAR est inhibée. Pour la régénération du glutathion, l’activité GR est stimulée sous ozone. La sécheresse seule ne modifie pas l’activité de ces trois enzymes et la combinaison de stress entraîne dans la majorité des cas une atténuation de l’effet obtenu par l’ozone seul.
• Pools de métabolites (à 17 jours) : Des différences apparaissent entre les génotypes de peuplier : Pour Robusta, un niveau plus important d’ascorbate oxydé est présent en réponse à l’ozone et à la sécheresse. La sécheresse impacte également de façon significative le niveau de glutathion oxydé. Pour Carpaccio, le contenu en glutathion est accru à la fois sous ozone seul et sous combinaison de stress (ozone + sécheresse).

• Expression de gènes (à 17 jours) pour une des isoformes cytosoliques de la GR : Pour Carpaccio, les niveaux de transcrits augmentent sous ozone. Cette stimulation a été notée chez Robusta deux jours après le début des stress, mais n’est pas maintenue à 17 jours.

Principales conclusions  —  Ce travail met en lumière les différences entre les réponses de détoxication des deux génotypes de peuplier. Sous ozone, le génotype le plus tolérant (Carpaccio) présente une quantité plus importante de glutathion, une stimulation de l’activité GR qui pourrait être associée à l’expression accrue d’un gène codant une isoforme cytosolique. La réponse à la sécheresse diffère de la réponse à l’ozone, et la combinaison des deux contraintes n’implique pas un effet synergique,l’effet obtenu sous ozone seul étant dans ce cas globalement atténué.

Perspectives —  Les données acquises de façon indépendante pour un stress ozone ou un stress sécheresse, représentent une base solide pour la compréhension des réponses à un stress unique avant l’intégration de ces données dans une situation plus complexe, c’est-à-dire la combinaison de stress abiotiques. Les résultats obtenus vont permettre d’avoir une connaissance plus approfondie de l’évolution et du métabolisme du glutathion sous contraintes abiotiques et à affiner notamment les indices de risque pour les plantes.