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L'oxygène: bienfait ou danger pour les plantes?
I I : blenfalt ou danger pour les plantes ? Dam certaines conditions environnementales, les plantes produisent des radicuux libre.&o trh Gactives de l’oxygkne capables de d&wire les structures cellulaires. Les me’canisme3 Zkdkfense enxymatique dont disposent ‘les v&ge’taux pour assurer le <(nettoyage cellulaire )j de ces radicaux libres ne sont pas toujours su Les premiers essais de transgenkse, aya% p but d’ambliorer IJefficacitk des enzymes i@liqukes dans ces dbfenses, sont encourageants. ‘,Ii’ es plantes, comme la majorit des organismes vivants terrestres, se dkeloppent dans une atmosphere riche en oxygke (21 % de I’atmosphk-e), dont la plus grande partie est d’ailleurs produite par les plantes elles-m@mes, au cows de la photosynthise. UtilisC par les vigktaux lors de la respiration pour produire de I’kergie B partir de la mat&-e organique, I’oxygkne est egalement j I’origine de la production de radicaux libres (mokules avec un Clectron non apparit, done tri.s rkactives) et d’autres rnokules riactives comme I’eau oxygPnCe (HZ02), susceptibles de digrader les tissus vkgitaux en leur arrachant des charges kgatives. Les radicaux libres ainsi que le peroxyde d’hydrogine (H,O1) sont gin&& dans tous les compartiments de la cellule de la plante : la mitochondrie, le peroxisome, le cytosol et sur les membranes telles que la membrane plasmique. Normalement, les radicaux libres sont Climinks par les sys-
temes de dCfense nattirelk des plantes mais il arrive, en particulier lorsque les conditions environnementales se font plus contra&antes, que ces derniers soient dibordb et que les oxydants s’accumulent de fac;on dangereuse dans les tissus. C’est ce que I’on appelle le stress oxydatif. Bien que les consiquences de ce phCnom&e soient encore difficiles h ivaluer, il est h l’origine d’importantes pertes agronomiques. Par consCquent, plusieurs Cquipes de chercheurs se sont intCressPes au stress oxydatif avec comme objectif de rendre les plantes plus tokantes 1 une surproduction de radicaux libres. Pour comprendre comment on pourrait rkduire le stress oxydatif, il faut revenir brikvement sur les m&anismes de la photosynthise. Dans les chloroplastes, organites cellulaires oti s’effectue la photosynthke, des klectrons sont arrachks h l’eau, sous l’effet de la lumikre, puis transfkrk ?I
* Department of Environmental Biology, Institute of Grassland and Environmental Research, Plas Gogerddan, Aberystwyth, Ceredigion SY23 3 EB, Royaume-Uni. * * Laboratoire du metabolisme et de la nutrition des plantes, Inra, route de Saint-Cyr, 78026 Versailles cedex.
$s accepteurs successifs qui sont rCduits (@r figwe). SimultanPment, des moldcules d’oxygke sont lib& rCes. La cascade de kactions d’oxydortduction qui s’ensuit ahoutit ?I la formation d’&\ggie ‘sons forme d’ATP et 1 la rkdktion de NADP+ en NADPH, m&cules nkessaires i la synt.k$se d: mtikre organique par l’intermkdiaire du cycle de CalvinBenson (1). c 2
’
> &vivre dans un environnemenfdiflicile Or, lorsque les conditions de l’envif’ ronnement se font plus difficiles (fort “’ tclairement, stress hydrique, tempkature basse ou ilevCe), en prksence de pokhants (ozone, oxyde de soufre) ou au tours d’agressions par des back& ou des champignons pathogknes, le mPtabolisme normal du chloroplaste est interrompu. Une partie des klectrons issus du clivage de l’eau lors de la photosynthke peut alors Ptre transfkrie i l’oxygkne. Cette rkduction de l’oxygtne (rtaction de Mehler) - qui s’accroit avec les contraintes de l’environnement - aboutit i la formation d’ions superoxydes (O,.-), euxmEmes en partie transform&, par la suite, en H,Oz (eau oxygCnCe). Ces deux iliments (O,.-, et HzO,) peuvent, L leur tour, interagir pour donner des radicaux hydroxyles OH.. BIOFUTLJR 169
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(1) JF Morot-Gaudry (1997) Biofufurl66, 28-30.
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(2) CH Foyer (1993)
Ant/oxidants in higher plants (RG Alscher, JL Hess, eds). CRC Press, Boca Raton, itatsUnis. pp 31-58. (3) Brevet international WO 90101260 Roussel-Uclaf et Calgene.
ces formes actives de l’oxygkne sont extkmement dangereuses pour les plantes. L’eau oxygCn6e est un inhibiteur de certaines enzymes du cycle d’assimilation photosynthktique du carbone (cycle de Calvin-Benson). Les radicaux libres OH. sont des oxydants redoutables, capables d’arracher des Plectrons aux macromokules organiques cellulaires, provoquant ainsi la peroxydation des lipides membranaires, la destruction des protkines, la dCtCrioration de 1’ADN des chromosomes. De tels dommages peuvent aboutir i la destruction des structures cellulaires. Ainsi, dans des conditions de fort Cclairement et de basses tempCratures (8-12 “C), une inhibition de la photosynthke peut se produire du fait de la destruction de la machinerie photosynthktique (protkines du photosyst&me II) par les formes actives de l’oxygkne et par l’oxygke singulet (‘02) produits dans ces conditions. La croissance des plantes est alors rkduite ou bloquCe. C’est, par exemple, le cas des jeunes mak qui, semCs tardivement
Toutes
Les superoxydes dismutases et les peroxydases catalysent la transformation des ions superoxydes en H,O, puis en H,O, Cvitant ainsi l’accumulation des ions hydroxyles OH. susceptibles d’engendrer les catastrophes cellulaires irrkmkdiables signal&es prk&demment. Les superoxydes dismutases sont des mktalloprotkines prksentes en quantiti importante dans les feuilles, plus particulitrement dans les chloroplastes. 11 en va de mcme pour les ascorbate-peroxydases, qui doivent leur nom au fait qu’elles rtduisent H,O, en H,O par l’intermkdiaire de l’oxydation de l’ascorbate. L’ascorbate, lui-m&me oxydk, est ensuite rCduit sous l’action d’autres Gducteurs comme le glutathion. Cette cascade de rkductions, utilisant comme anti-oxydants des rkducteurs puissants comme l’ascorbate et le glutathion, prkents en grande quantiti dans les compartiments cellulaires, est appelke cycle ascorbateglutathion. Toutes les enzymes de ce
&re insuffisante en cas de stress oxydatif important. L’idCe des scientifiques a done iti d’amiliorer cette protection en jouant, en particulier, sur l’expression des g&es des enzymes impliqukes dans le cycle ascorhate-glutathion.
> Des plantes transghiques g forte activitk enzymatique
Les premiers travaux ont Ctk menis j 1’Inra de Versailles par Christine (4) JM Teppermann Foyer et ses collaborateurs sur des and P Dunsmuir plants de tabac transform& par intro(1990) P/ant MO/ Biol 14,501-511. duction du g&e, d’origine bactkrienne, de la superoxyde dismutase (5) C Bowler et a/ (MnSOD) (3). L’activitC de l’enzyme (1991) EMBOJIO est, certes, considkrablement augmen1723-i 732. tCe chez ces plantes, mais la resistance (6) CH Foyer et al au stress est i peu prk identique i (1994) Plant Cell celle des plantes tkmoins (4). En Environ 17, revanche, lorsque la protkine est 507-523. exprimke de faGon spkcifique dans les chloroplastes, les tabacs transgkniques manifestent une rksistance au stress oxydatif t&s nettement accrue (5, 6). De plus, ils rkistent mieux g la skheresse et h la toxicit des mttaux. 11 ne suffit done pas d’augmenter l’activitk enzymatique : encore faut-il qu’elle le soit au bon endroit, c’est-&dire dans le bon compartiment cellulaire. On a aussi constat que ces tabacs transgCniques supportaient mieux les herbicides de type Paraquat et la pollution par l’ozone, qui tous deux provoquent habituellement un stress oxydatif important chez les vCgCtaux. Plus ricemment & 1’Inra de Versailles, Lise Jouanin, AnaCarolina Naisonnave-Arisi et Christine Foyer ont obtenu des rtsultats similaires en surexprimant dans le peuplier un gkne d’origine vCgCtale, en l’occurence Photosystbme II PhotosystAme I celui de la FeSOD d’Ar&idopsk FIG - RBactions qui conduisent a la formation des radicaux libres. Tout commence lorsqu’une pat-tie tbaliana dans les chloroplastes. des Electrons issus du clivage de I’eau, lors de la photosynthkse, est transferee A I’oxyg&ne. Mais L’intensification de la conversion des syst&mes enzymatiques t&s efficaces peuvent &duke ce stress oxydatif. des ions O,.- en H,O, par des enzymes ne suffit pourtant pas toujours 2 augmenter la rksistance dans les rkgions tempCr6es du nord de cycle ont Ctt identifikes et localikes au stress. En effet, l’accumulation de I’Europe, cessent de croitre si les tem(voir figure). Signalons qu’il existe H20L est Cgalement nCfaste au m&abolisme car, comme on l’a signal6 plus ptratures matinales sont trop fraiches, une autre voie d’klimination de voire froides, par temps trks ensoleilk H,O,, par le biais des catalases haut, elle peut inhiber certaines Pour survivre dans des conditions sit&es dans les peroxysomes, petits enzymes du cycle de Calvin-Benson. environnementales difficiles, et nCanorganites localisks dans le cytoplasL’idte, a alors ttk de renforcer l’klimination de I’eau oxygCnCe en agissant moins courantes, les plantes ont la me des cellules vkgktales. capacitk de faire appel i des systtmes Bien que ces enzymes <
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peuplier, du rransgkne bactCrien gov codant cette enzyme, rend les plantes plus risistantes au stress oxydatif mais seulement si la protCine est synthitiske dans le chloroplaste (7). D’autres 6quipes ont confirm6 ces rCsultats et montrC que la surexpression am&ore aussi la rksistance des plantes aux contraintes de I’environnement telles qu’un fort Cclairement. Des expiriences similaires sur le mai% sont poursuivies C Foyer g par Aberystwyth (Pays de Galles, Royaume-Uni) et Dirk In2 ?I Gand (Belgique), en coopCration avec un semencier, la Coop de Pau, pour am& liorer la rCsistance au froid des jeunes plants de ma?%.. L’iquipe de D InzC et de M van Montagu (universitk de Gand), associie i I’Inra, s’est Cgalement interessie i l’autre voie d’ilimination de H,Oz et, notamment, aux catalases localisCes dans les peroxysomes. Ces chercheurs ont d’abord observC que le g&e CAT2, codant une de ces catalases, est fortement exprim.6 lors d’un stress environnemental (8). Afin de dkmontrer l’importance de la catalase (CAT 1) dans les mtcanismes de dkfense contre le stress oxydatif, ils ont ensuite diminut l’activiti de l’enzyme par des techniques de gCnie g&Ptique (antisens ou cosuppression). Rt!sultats : ces plantes sont effectivement moins rPsistantes au stress oxydatif (9). Des n&roses imputables i I:1 formation excessive de H,O, ont et; observkes sur des tabacs ainsi manipllIts et soumis 1 un fort iclairement. Get effet d&6re peut, cependant, Ctrc supprim lorsque l’activid photosynthCtique est stimulee par augmentation de la teneur en CO, de l’environnement. Afin de mieux cerner les mPcanismes de la rkponse aux stress. I’Cquipe belge &die actuellement les promoteurs des gknes des catalases et la transduction du signal qul dtclenche leur expression. Ces premiers risultats de transgencse sont certes encourageants - puisqu’on obtient l’ilimination des radicaux libres - mais les problkmes restent encore nombreux. Comme on l’a vu prCctdemment, il semble nicessaire de modifier I’expression des gPnes codant les enzymes intkressantes, non pas dans la cellule enti&re, mais dans des compartiments cellulaires spCcifiques, le chloroplaste ou le cytosol par exemple. D’oti la nicessitt de rialiser des constructions gCn&iques contenant des skquences ccd’adressage jj qui, apr&s traduction, conduisent l’enzyme dans les compartimenth cellulaires adCquats. A 1’Inra dc
Versailles, Lise Jouanin, Graham Noctor et Christine Foyer sont arrivPs i multiplier par trois i quatre la quantitC de glutathion synthCtiste par le peuplier (10, If, 12) en introduisant, par transgenkse, un g&e bacterien codant une enzyme impliquCe dans la synthkse de cette molCcule et ccadressCe )) dans les compartiments cellulaires adCquats. Par ailleurs, il est clair que la surexpression d’un seul g&e ne suffit pas i amCliorer l’efficaciti de toute une voie mktabolique. I1 faut, de ce fait, surexprimer simultanCment et de faGon coordonnCe tous les genes codant les enzymes qui interviennent dans la chaine mCtabolique impliquCe dans le ccnettoyage cellulaire s> des radicaux libres de l’oxygkne. C’est l’objectif de nombreuses iquipes de biologistes moltculaires engagPes sur le sujet. Enfin, la question se pose de savoir si certaines espkces actives de l’oxyg?ne ne sont pas finalement indispensables aux plantes. L’apparition de formes actives de 0, est, en effet, inCvitable et les plantes ont valoris au mieux cette situation. Par exemple, la r&action de Mehler (voir figure) au sein des membranes chloroplastiques, permet de rCguler I’inten& et la distribution des flux
d’klectrons photosynth&iques. Cette riaction contribue ainsi i une meilleure protection des plantes dans des conditions environnementales extrgmes. On a remarqut qu’en l’absence de formes actives de l’oxygkne, les plantes rCsistent moins bien B la photo-inhibition de la photosynth& se. Par ailleurs, les radicaux libres 0, et H,Oz sont impliqu&, sans que I’on connaisse tr&s bien les mPcanismes en jeu, dans la defense des vegf%aux contre les organismes pathogknes : une forte et rapide production d’espkces actives de I’oxyg& ne apparait dans les cellules, tuant les pathogknes et fortifiant la paroi cellulaire. Les radicaux libres interviendraient aussi dans la rtgulation de l’expression des g?nes impliquCs dans les rCponses aux stress. En pratique, il s’agit d’amtliorer, par la capacitP qu’ont les transge&se, vCgCtaux i se dkbarrasser des excPs de formes actives de l’oxygkne afin de leur permettre de surv-ivre dans des environnements difficiles, sans pour autant affaiblir leurs m&anismes de difense contre les organismes pathogknes ni perturber la rCgulation cellulaire. Cette stratCgie permettrait d’amiliorer et de rCgulariser les rendements agricoles.
CollectivitCs territoriales,
(7) CH Foyer et a/ (1995)
(8) H Willekens eta/ (1995) MO/ Weedmg 1, 207-228. (9) H Willekens eta/ (1997) EMBUJ (sous presse) (10) G Noctor elal (1996) Plant Physiol 112,1071-1078. (11) G Noctor eta/ (1997) Planta (sous
presse). (12) G Noctor eta/ (1997) Physiol Plant
100 (Z), 255-263.
AmCnageurs, Agences de I’eau...
Prenez me longueur d’avance avec l’enseignement h distance
Le Centre National d’Enseignement B Distance et le POLE EAD vous proposent n Gestion de l’environnement, mation dipl6mante de I’ikole
des ressources naturelles agricoles et rurales, forNationale SupCrieure Agronomique de Rennes
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de I’eau et t&dCtection
H Gestion multicritke
de I’eau
H Gestion de l’eau et le droit H Connaitre et apprkier
le bocage CD ROM
et de nombreuses vidkos.,. Renseignements CNED BP200 - 86980 FUTUROSCOPE cedex T&phone : 05 49 49 94 94 - T&copie : 05 49 49 96 96 Internet : http://wwv.cned.fr et [email protected]
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Plant Physioi
109.1047-1057.
temes de dCfense nattirelk des plantes mais il arrive, en particulier lorsque les conditions environnementales se font plus contra&antes, que ces derniers soient dibordb et que les oxydants s’accumulent de fac;on dangereuse dans les tissus. C’est ce que I’on appelle le stress oxydatif. Bien que les consiquences de ce phCnom&e soient encore difficiles h ivaluer, il est h l’origine d’importantes pertes agronomiques. Par consCquent, plusieurs Cquipes de chercheurs se sont intCressPes au stress oxydatif avec comme objectif de rendre les plantes plus tokantes 1 une surproduction de radicaux libres. Pour comprendre comment on pourrait rkduire le stress oxydatif, il faut revenir brikvement sur les m&anismes de la photosynthise. Dans les chloroplastes, organites cellulaires oti s’effectue la photosynthke, des klectrons sont arrachks h l’eau, sous l’effet de la lumikre, puis transfkrk ?I
* Department of Environmental Biology, Institute of Grassland and Environmental Research, Plas Gogerddan, Aberystwyth, Ceredigion SY23 3 EB, Royaume-Uni. * * Laboratoire du metabolisme et de la nutrition des plantes, Inra, route de Saint-Cyr, 78026 Versailles cedex.
$s accepteurs successifs qui sont rCduits (@r figwe). SimultanPment, des moldcules d’oxygke sont lib& rCes. La cascade de kactions d’oxydortduction qui s’ensuit ahoutit ?I la formation d’&\ggie ‘sons forme d’ATP et 1 la rkdktion de NADP+ en NADPH, m&cules nkessaires i la synt.k$se d: mtikre organique par l’intermkdiaire du cycle de CalvinBenson (1). c 2
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> &vivre dans un environnemenfdiflicile Or, lorsque les conditions de l’envif’ ronnement se font plus difficiles (fort “’ tclairement, stress hydrique, tempkature basse ou ilevCe), en prksence de pokhants (ozone, oxyde de soufre) ou au tours d’agressions par des back& ou des champignons pathogknes, le mPtabolisme normal du chloroplaste est interrompu. Une partie des klectrons issus du clivage de l’eau lors de la photosynthke peut alors Ptre transfkrie i l’oxygkne. Cette rkduction de l’oxygtne (rtaction de Mehler) - qui s’accroit avec les contraintes de l’environnement - aboutit i la formation d’ions superoxydes (O,.-), euxmEmes en partie transform&, par la suite, en H,Oz (eau oxygCnCe). Ces deux iliments (O,.-, et HzO,) peuvent, L leur tour, interagir pour donner des radicaux hydroxyles OH.. BIOFUTLJR 169
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(1) JF Morot-Gaudry (1997) Biofufurl66, 28-30.
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(2) CH Foyer (1993)
Ant/oxidants in higher plants (RG Alscher, JL Hess, eds). CRC Press, Boca Raton, itatsUnis. pp 31-58. (3) Brevet international WO 90101260 Roussel-Uclaf et Calgene.
ces formes actives de l’oxygkne sont extkmement dangereuses pour les plantes. L’eau oxygCn6e est un inhibiteur de certaines enzymes du cycle d’assimilation photosynthktique du carbone (cycle de Calvin-Benson). Les radicaux libres OH. sont des oxydants redoutables, capables d’arracher des Plectrons aux macromokules organiques cellulaires, provoquant ainsi la peroxydation des lipides membranaires, la destruction des protkines, la dCtCrioration de 1’ADN des chromosomes. De tels dommages peuvent aboutir i la destruction des structures cellulaires. Ainsi, dans des conditions de fort Cclairement et de basses tempCratures (8-12 “C), une inhibition de la photosynthke peut se produire du fait de la destruction de la machinerie photosynthktique (protkines du photosyst&me II) par les formes actives de l’oxygkne et par l’oxygke singulet (‘02) produits dans ces conditions. La croissance des plantes est alors rkduite ou bloquCe. C’est, par exemple, le cas des jeunes mak qui, semCs tardivement
Toutes
Les superoxydes dismutases et les peroxydases catalysent la transformation des ions superoxydes en H,O, puis en H,O, Cvitant ainsi l’accumulation des ions hydroxyles OH. susceptibles d’engendrer les catastrophes cellulaires irrkmkdiables signal&es prk&demment. Les superoxydes dismutases sont des mktalloprotkines prksentes en quantiti importante dans les feuilles, plus particulitrement dans les chloroplastes. 11 en va de mcme pour les ascorbate-peroxydases, qui doivent leur nom au fait qu’elles rtduisent H,O, en H,O par l’intermkdiaire de l’oxydation de l’ascorbate. L’ascorbate, lui-m&me oxydk, est ensuite rCduit sous l’action d’autres Gducteurs comme le glutathion. Cette cascade de rkductions, utilisant comme anti-oxydants des rkducteurs puissants comme l’ascorbate et le glutathion, prkents en grande quantiti dans les compartiments cellulaires, est appelke cycle ascorbateglutathion. Toutes les enzymes de ce
&re insuffisante en cas de stress oxydatif important. L’idCe des scientifiques a done iti d’amiliorer cette protection en jouant, en particulier, sur l’expression des g&es des enzymes impliqukes dans le cycle ascorhate-glutathion.
> Des plantes transghiques g forte activitk enzymatique
Les premiers travaux ont Ctk menis j 1’Inra de Versailles par Christine (4) JM Teppermann Foyer et ses collaborateurs sur des and P Dunsmuir plants de tabac transform& par intro(1990) P/ant MO/ Biol 14,501-511. duction du g&e, d’origine bactkrienne, de la superoxyde dismutase (5) C Bowler et a/ (MnSOD) (3). L’activitC de l’enzyme (1991) EMBOJIO est, certes, considkrablement augmen1723-i 732. tCe chez ces plantes, mais la resistance (6) CH Foyer et al au stress est i peu prk identique i (1994) Plant Cell celle des plantes tkmoins (4). En Environ 17, revanche, lorsque la protkine est 507-523. exprimke de faGon spkcifique dans les chloroplastes, les tabacs transgkniques manifestent une rksistance au stress oxydatif t&s nettement accrue (5, 6). De plus, ils rkistent mieux g la skheresse et h la toxicit des mttaux. 11 ne suffit done pas d’augmenter l’activitk enzymatique : encore faut-il qu’elle le soit au bon endroit, c’est-&dire dans le bon compartiment cellulaire. On a aussi constat que ces tabacs transgCniques supportaient mieux les herbicides de type Paraquat et la pollution par l’ozone, qui tous deux provoquent habituellement un stress oxydatif important chez les vCgCtaux. Plus ricemment & 1’Inra de Versailles, Lise Jouanin, AnaCarolina Naisonnave-Arisi et Christine Foyer ont obtenu des rtsultats similaires en surexprimant dans le peuplier un gkne d’origine vCgCtale, en l’occurence Photosystbme II PhotosystAme I celui de la FeSOD d’Ar&idopsk FIG - RBactions qui conduisent a la formation des radicaux libres. Tout commence lorsqu’une pat-tie tbaliana dans les chloroplastes. des Electrons issus du clivage de I’eau, lors de la photosynthkse, est transferee A I’oxyg&ne. Mais L’intensification de la conversion des syst&mes enzymatiques t&s efficaces peuvent &duke ce stress oxydatif. des ions O,.- en H,O, par des enzymes ne suffit pourtant pas toujours 2 augmenter la rksistance dans les rkgions tempCr6es du nord de cycle ont Ctt identifikes et localikes au stress. En effet, l’accumulation de I’Europe, cessent de croitre si les tem(voir figure). Signalons qu’il existe H20L est Cgalement nCfaste au m&abolisme car, comme on l’a signal6 plus ptratures matinales sont trop fraiches, une autre voie d’klimination de voire froides, par temps trks ensoleilk H,O,, par le biais des catalases haut, elle peut inhiber certaines Pour survivre dans des conditions sit&es dans les peroxysomes, petits enzymes du cycle de Calvin-Benson. environnementales difficiles, et nCanorganites localisks dans le cytoplasL’idte, a alors ttk de renforcer l’klimination de I’eau oxygCnCe en agissant moins courantes, les plantes ont la me des cellules vkgktales. capacitk de faire appel i des systtmes Bien que ces enzymes <
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peuplier, du rransgkne bactCrien gov codant cette enzyme, rend les plantes plus risistantes au stress oxydatif mais seulement si la protCine est synthitiske dans le chloroplaste (7). D’autres 6quipes ont confirm6 ces rCsultats et montrC que la surexpression am&ore aussi la rksistance des plantes aux contraintes de I’environnement telles qu’un fort Cclairement. Des expiriences similaires sur le mai% sont poursuivies C Foyer g par Aberystwyth (Pays de Galles, Royaume-Uni) et Dirk In2 ?I Gand (Belgique), en coopCration avec un semencier, la Coop de Pau, pour am& liorer la rCsistance au froid des jeunes plants de ma?%.. L’iquipe de D InzC et de M van Montagu (universitk de Gand), associie i I’Inra, s’est Cgalement interessie i l’autre voie d’ilimination de H,Oz et, notamment, aux catalases localisCes dans les peroxysomes. Ces chercheurs ont d’abord observC que le g&e CAT2, codant une de ces catalases, est fortement exprim.6 lors d’un stress environnemental (8). Afin de dkmontrer l’importance de la catalase (CAT 1) dans les mtcanismes de dkfense contre le stress oxydatif, ils ont ensuite diminut l’activiti de l’enzyme par des techniques de gCnie g&Ptique (antisens ou cosuppression). Rt!sultats : ces plantes sont effectivement moins rPsistantes au stress oxydatif (9). Des n&roses imputables i I:1 formation excessive de H,O, ont et; observkes sur des tabacs ainsi manipllIts et soumis 1 un fort iclairement. Get effet d&6re peut, cependant, Ctrc supprim lorsque l’activid photosynthCtique est stimulee par augmentation de la teneur en CO, de l’environnement. Afin de mieux cerner les mPcanismes de la rkponse aux stress. I’Cquipe belge &die actuellement les promoteurs des gknes des catalases et la transduction du signal qul dtclenche leur expression. Ces premiers risultats de transgencse sont certes encourageants - puisqu’on obtient l’ilimination des radicaux libres - mais les problkmes restent encore nombreux. Comme on l’a vu prCctdemment, il semble nicessaire de modifier I’expression des gPnes codant les enzymes intkressantes, non pas dans la cellule enti&re, mais dans des compartiments cellulaires spCcifiques, le chloroplaste ou le cytosol par exemple. D’oti la nicessitt de rialiser des constructions gCn&iques contenant des skquences ccd’adressage jj qui, apr&s traduction, conduisent l’enzyme dans les compartimenth cellulaires adCquats. A 1’Inra dc
Versailles, Lise Jouanin, Graham Noctor et Christine Foyer sont arrivPs i multiplier par trois i quatre la quantitC de glutathion synthCtiste par le peuplier (10, If, 12) en introduisant, par transgenkse, un g&e bacterien codant une enzyme impliquCe dans la synthkse de cette molCcule et ccadressCe )) dans les compartiments cellulaires adCquats. Par ailleurs, il est clair que la surexpression d’un seul g&e ne suffit pas i amCliorer l’efficaciti de toute une voie mktabolique. I1 faut, de ce fait, surexprimer simultanCment et de faGon coordonnCe tous les genes codant les enzymes qui interviennent dans la chaine mCtabolique impliquCe dans le ccnettoyage cellulaire s> des radicaux libres de l’oxygkne. C’est l’objectif de nombreuses iquipes de biologistes moltculaires engagPes sur le sujet. Enfin, la question se pose de savoir si certaines espkces actives de l’oxyg?ne ne sont pas finalement indispensables aux plantes. L’apparition de formes actives de 0, est, en effet, inCvitable et les plantes ont valoris au mieux cette situation. Par exemple, la r&action de Mehler (voir figure) au sein des membranes chloroplastiques, permet de rCguler I’inten& et la distribution des flux
d’klectrons photosynth&iques. Cette riaction contribue ainsi i une meilleure protection des plantes dans des conditions environnementales extrgmes. On a remarqut qu’en l’absence de formes actives de l’oxygkne, les plantes rCsistent moins bien B la photo-inhibition de la photosynth& se. Par ailleurs, les radicaux libres 0, et H,Oz sont impliqu&, sans que I’on connaisse tr&s bien les mPcanismes en jeu, dans la defense des vegf%aux contre les organismes pathogknes : une forte et rapide production d’espkces actives de I’oxyg& ne apparait dans les cellules, tuant les pathogknes et fortifiant la paroi cellulaire. Les radicaux libres interviendraient aussi dans la rtgulation de l’expression des g?nes impliquCs dans les rCponses aux stress. En pratique, il s’agit d’amtliorer, par la capacitP qu’ont les transge&se, vCgCtaux i se dkbarrasser des excPs de formes actives de l’oxygkne afin de leur permettre de surv-ivre dans des environnements difficiles, sans pour autant affaiblir leurs m&anismes de difense contre les organismes pathogknes ni perturber la rCgulation cellulaire. Cette stratCgie permettrait d’amiliorer et de rCgulariser les rendements agricoles.
CollectivitCs territoriales,
(7) CH Foyer et a/ (1995)
(8) H Willekens eta/ (1995) MO/ Weedmg 1, 207-228. (9) H Willekens eta/ (1997) EMBUJ (sous presse) (10) G Noctor elal (1996) Plant Physiol 112,1071-1078. (11) G Noctor eta/ (1997) Planta (sous
presse). (12) G Noctor eta/ (1997) Physiol Plant
100 (Z), 255-263.
AmCnageurs, Agences de I’eau...
Prenez me longueur d’avance avec l’enseignement h distance
Le Centre National d’Enseignement B Distance et le POLE EAD vous proposent n Gestion de l’environnement, mation dipl6mante de I’ikole
des ressources naturelles agricoles et rurales, forNationale SupCrieure Agronomique de Rennes
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de I’eau et t&dCtection
H Gestion multicritke
de I’eau
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le bocage CD ROM
et de nombreuses vidkos.,. Renseignements CNED BP200 - 86980 FUTUROSCOPE cedex T&phone : 05 49 49 94 94 - T&copie : 05 49 49 96 96 Internet : http://wwv.cned.fr et [email protected]
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