Stratégies de défense observées chez le blé

Caractéristiques de quelques maladies du blé

       Le blé peut être attaqué par de nombreuses maladies à différents stades de son développement. Ces attaques peuvent occasionner des pertes importantes lorsque les variétés sont sensibles et les conditions de l‘environnement sont favorables à l‘expansion des maladies (Ezzahiri, 2001). Environ 80% des maladies de plantes cultivées, en particulier les céréales, sont dues à des champignons microscopiques ; ces derniers détruisent, chaque année, près du quart des récoltes mondiales. Parmi les maladies cryptogamiques du blé, les maladies foliaires sont les plus dominantes en Algérie. Les différentes maladies foliaires ainsi que leurs conditions de développement sont représentés dans le tableau 3 (Boulif, 2012). La reconnaissance de ces maladies ainsi que leurs moyens de lutte restent des outils importants pour une meilleure maitrise de ces contraintes et une amélioration de la productivité par la suite (Aouali et Douici-Khalfi, 2009).

Contamination des sols par les éléments traces métalliques

      Tous les ETM sont potentiellement polluants. Leur nocivité est fonction de leur concentration dans le sol mais également de leur spéciation chimique et de leur biodisponibilité. En effet, l’impact potentiel des ETM sur la biosphère dépend en grande partie de leur passage dans la solution de sol (MacDonald et Hendershot, 2006 ; Fest et al., 2008). La notion de biodisponibilité a été définie par Baize en 2007 comme « l’aptitude d’un élément à être transféré d’un compartiment du sol vers un organisme vivant (microflore, faune, flore et homme) ». La biodisponibilité résulte de l’interaction de trois paramètres, l’espèce chimique présente dans la solution du sol (nature et concentration), les propriétés physico-chimiques et microbiologiques du sol et l’organisme vivant considéré.

Absorption du cuivre Cu+ par la voie symplasmique

       L‘absorption des métaux correspond à leur transport à travers la membrane plasmique. Pour le cuivre, l‘absorption s‘effectue majoritairement sous la forme ionique libre Cu+ mais la forme liée aux ligands organiques pourrait être absorbée sans dissociation du complexe formé (Xuan et al., 2006).Les mécanismes d‘absorption du cuivre sont encore mal connus, bien qu‘ils aient été étudiés chez Arabidopsis thaliana : ils nécessitent des transporteurs à haute affinité pour Cu+ , les COPT (copper transporters), localisés au niveau des apex des racines primaires et secondaires, parfois au niveau de la zone d‘élongation et des poils racinaires. Comme le cuivre est présent dans l‘apoplasme sous la forme Cu2+, il doit être réduit sous la forme Cu+ pour passer la membrane plasmique via les transporteurs COPT1 et COPT2. Cette réduction est possible grâce à des protéines de la membrane plasmiques FRO (ferric réductase oxydase) qui réduisent également les ions Fe3+ (Puig et al., 2007) bien qu‘il ne soit pas établi que ce soient strictement les mêmes protéines qui effectuent la réduction des 2 ions car elles pourraient être localisées à des endroits différents sur la racine selon l‘ion (Bravin, 2008). La présence d‘acide ascorbique provoque également la réduction de Cu2+ en Cu+. Tous les transporteurs membranaires de cuivre et leur fonctionnement biochimique ne sont pas encore connus. Dans les plantes, ce sont majoritairement des transporteurs COPT1 qui permettent au cuivre de franchir la membrane plasmique sous la forme Cu+. L‘activité de ces transporteurs n‘est pas pH-dépendante (Martins et al., 2012). Il semblerait que les transporteurs membranaires de Zn2+, les ZIP puissent également transporter les ions Cu2+, mais les avis semblent contradictoires à ce sujet (Clemens, 2001, Puig et al., 2007). Les transporteurs transmembranaires des métaux sont rarement spécifiques à un seul métal. Le transport d‘un métal est donc en compétition avec d‘autres ions dont H+ et dépend donc du pH (Bravin, 2008). Il y a une compétition pour les sites d‘adsorption racinaire entre H+ , Ca 2+, Cu2+, Zn2+ et Mg2+ (Kinraide et al., 2004, Vulkan et al., 2004). L‘affinité des membranes plasmiques pour Cu2+ est plus importante que pour Ca2+, Zn2+ et Mg2+ (Vulkan et al., 2004). Pourtant, l‘absorption du cuivre est stimulée par Ca2+ et inhibée par Zn2+ (Martins et al., 2012).

Perception des stress abiotiques

         Les mécanismes de perception des stress abiotiques sont encore en partie méconnus. Lors d‘un excès de lumière, des récepteurs photosensibles, comme par exemple les phototropines, les néochromes et les cryptochromes, vont capter l‘information et transmettre le signal. Selon le rayonnement (longueur d‘onde), certains de ces récepteurs peuvent également intervenir lors de radiations par les ultraviolets (UV) : les phytochromes pour la lumière rouge, les cryptochromes et les phototropines pour la lumière bleue et les UVA, et il semblerait que des récepteurs (encore indéterminés) soient impliqués dans la perception des UV-B (Li et al., 2009). En revanche, dans le cas d‘un stress hydrique, salin ou d‘une exposition à de basses températures (chilling ou freezing), la présence de récepteurs n‘a pas encore été démontrée. Il semblerait que ce soit plutôt les dégâts causés par ces stress qui seraient détectés par la plante et engendreraient l‘activation des mécanismes de défense. Par exemple, la plante va percevoir le froid via les modifications de la fluidité membranaire, l‘accumulation de FAOs, la réorganisation du cytosquelette ou la modification de la conformation des protéines (Knight & Knight, 2001).

Phosphorylation/déphosphorylation des protéines

        La phosphorylation est l‘ajout d‘un groupement phosphate à une protéine. Les phosphorylations et déphosphorylations de protéines jouent un rôle essentiel dans la transduction des signaux menant à la résistance aux pathogènes chez les plantes. Elle consiste en une modification de l‘activité biologique d‘une protéine, ainsi que sa localisation et sa durée de vie. En réponse à des éliciteurs chez différentes espèces, l‘analyse du phosphoprotéome a mis en évidence l‘implication d‘événements de phosphorylation et de déphosphorylation de protéines qui interviennent précocement dans la cascade de signalisation (Nuhse et al., 2007). Par exemple, en réponse à la cryptogéine chez le tabac, des approches pharmacologiques ont permis de montrer que de nombreux événements de signalisation (alcalinisation du milieu extracellulaire, influx de Ca2+, production de FAO), étaient régulés à la fois par des protéines kinases et des protéines phosphatases (Lecourieux-Ouaked et al., 2000). Parmi les protéines kinases impliquées dans les cascades de signalisation associées aux défenses figurent les MAPKs (Colcombet et Hirt, 2008 ; Pitzschke et al., 2009). La phosphorylation ainsi que l‘activation des MAPKs participe à l‘activation de réponses de défense incluant l‘expression de gènes codant des protéines de défense comme les PR (pathogenesis-related) et des protéines du métabolisme secondaire, ainsi que l‘induction de la RH (Pedley et Martin, 2005).

Les espèces réactives de l’oxygène (ROS)

      Lors de l‘établissement de la réponse à un stress biotique une forte accumulation de FAOs (ou ROS : Réactive Oxygen Spécies) a lieu en une ou deux phases selon le type d‘interaction : compatible ou incompatible. La première phase qui est commune aux deux types d‘interaction a lieu dès les premiers instants, la seconde n‘est observée que lorsque l‘interaction est incompatible environ 6 à 12h après détection de l‘agent pathogène. Cette dernière est une des réponses les plus étudiées entre un pathogène et sa plante hôte (Torres et al., 2006 ; Parent et al., 2008). Les principales formes étudiées dans les interactions plante-agent pathogène sont l‘anion superoxyde (O2.-), le radical hydroperoxyle (HO2.-), le peroxyde d‘hydrogène (H2O2, forme la plus stable) et le radical hydroxyle (OH.). Plusieurs enzymes interviennent dans la biosynthèse de FAOs au niveau de l‘apoplasme et de la membrane, notamment les NADPH-oxydases (Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate) et les peroxydases. Les NADPH-oxydases participent à la synthèse d‘O2.- et d‘H2O2, leur production générant un ‗burst oxydatif‘ (Gerber et Dubery, 2004 ; Mitller et al., 2004 ; van Loon et al., 2008). Ce burst est lui-même impliqué dans l‘activation des MAPKs, le renforcement des parois cellulaires, la mise en place de la réponse d‘hypersensibilité (RH) et l‘expression de gènes de défense, tout en ayant une activité cytotoxique directe vis-à-vis des micro-organismes (Neill et al., 2002 ; Chinnusamy et al., 2004 ; GarciaBrugger et al., 2006).

Table des matières

Résumé
Résumé Arabe
Abstract
Chapitre I : Contexte Bibliographique
1. Le Blé dur
1.1. Présentation botanique
1.2. Origine géographique du blé dur
1.3. Cycle de vie du blé dur6
1.4. Importance et production dans le monde
1.5. Importance et Situation actuelle en Algérie
1.6. Caractéristiques de quelques maladies du blé
1.6.1. Les Pourritures racinaires
1.6.2. Les Rouilles
1.6.3. La septoriose (Septoria tritici)
1.6.4. L‘oïdium (Erysiphe graminis)
1.6.5. La tache auréolée (Pyrenophora tritici-repentis)
2. Pollution des sols agricoles
2.1. Origine et sources de pollution
2.1.1. Naturelle
2.1.2. Anthropique
2.2. Contamination des sols par les éléments traces métalliques (ETM)
2.3. Les ETM dans la plante
2.4. Le Cuivre
2.4.1. L‘apoplasme, voie principale d‘adsorption de Cu2+
2.4.2. Absorption du cuivre Cu+ par la voie symplasmique
2.4.3. Translocation du cuivre vers les parties aériennes
2.4.4. La toxicité du Cuivre
2.4.4.1. Rhizotoxicité
2.4.4.2.. Déficience induite en fer et chloroses
2.4.5. Tolérance
3. La résistance naturelle des plantes
3.1. Perception des stress abiotiques
3.2. Perception de l‘agent pathogène
3.2.1. La reconnaissance par les éliciteurs généraux
3.2.2. La reconnaissance spécifique
3.3. La signalisation
3.3.1. Les flux ioniques et la dépolarisation membranaire
3.3.2. Les différentes MAP kinases
3.3.3. Phosphorylation/déphosphorylation des protéines
3.3.4. Les espèces réactives de l‘oxygène (ROS)
3.4. Les réactions de défenses
3.4.1. La réaction d‘hypersensibilité (RH)
3.4.2. Le renforcement des parois cellulaires
3.4.3. Synthèse de métabolites secondaires
3.4.4. La synthèse de protéines PR
3.4.5. Autres Réponses de défense lors d‘un stress métallique
3.5. Les molécules de signalisation
3.5.1. L‘acide salicylique (AS)
3.5.2. L‘acide jasmonique (AJ)
3.5.3. L‘éthylène (ET)
3.5.4. Les autres molécules de signalisation
3.5.5. Interconnections entre les voies de signalisation
3.6. Les résistances systémiques
3.6.1. La SAR
3.6.2. L‘ISR
4. Dynamique des ROS dans les cellules végétales
4.1. La toxicité de l‘oxygène : les espèces réactives de l‘oxygène
4.2. Production de ROS
4.2.1. Formation de ROS dans les chloroplastes
4.2.2. Formation de ROS dans les mitochondries
4.2.3. Formation de ROS dans les peroxysomes
4.2.4. Formation de ROS dans le réticulum endoplasmique
4.3. Production de ROS dans les interactions cellule-environnement
4.3.1. Production de ROS dans les interactions biotiques
4.3.2. Dynamique des ROS en situation de stress abiotique
4.4. Dualité fonctionnelle des ROS
4.4.1. Toxicité des ROS
4.4.1.1. Oxydation des acides nucléiques
4.4.1.2. Oxydation des lipides
4.4.1.3. Oxydation des protéines
4.4.1.4. Marqueurs biochimiques du stress oxydatif
4.4.2. Implication des ROS dans les processus de transduction de signal
4.4.2.1. Régulation de l‘expression des gènes par les ROS
4.4.2.2. Mécanismes de transduction des signaux ROS
5. Mécanismes de régulation et de détoxication des ROS
5.1. Molécules antioxydantes
5.2. Voies métaboliques antioxydantes
5.2.1. Superoxyde dismutase
5.2.2. Catalase
5.2.3. Enzymes du cycle de Halliwell-Asada
5.2.4. Glutathion-peroxydase
5.2.5. Autres mécanismes impliqués dans les défenses antioxydantes
6. Objectif de la thèse
Chapitre II : Matériel et méthodes
1. Présentation du matériel biologique
2. L‘agent pathogène étudie
2.1. Site d‘échantillonnage
2.2 Méthode d‘échantillonnage
3. Le traitement étudie (cuivre)
3.1 Conduite de l‘essai
3.2. Le dispositif expérimental
3.3. La fertilisation
4. Techniques analytiques
4.1. Paramètres physiologiques
4.1.1. Teneur en eau des feuilles
4.1.2. Dosage des chlorophylles
4.2. Paramètres biochimiques
4.2.1. Dosage des protéines totales
4.2.2. Dosage de la proline
4.2.3. Dosage des sucres totaux
4.2.4. Dosage de lipides
4.3. Les Biomarqueurs enzymatiques
4.3.1. Préparation de l‘extrait enzymatique
4.3.2. Dosage l‘activité Ascorbate-peroxydases
4.3.3. Dosage de l‘activité catalase
4.3.4. Dosage de l‘activité Glutathion S-Transférase
4.4. Les Biomarqueurs non enzymatiques
4.4.1. Le Glutathion (GSH)
4.4.2. Dosage du malondialdéhyde (MDA)
5. Analyse statistique des données
Chapitre III : Résultats
1. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur teneur en eau des feuilles
2. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur le taux des chlorophylles
3. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur la teneur en protéines totales
4. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur la teneur en proline
5. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur le taux des sucres totaux
6. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur le taux des lipides
7. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur l‘Activité APX
8. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur l‘Activité CAT
9. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur l‘Activité GST
10. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur le taux de Glutathion
11. Effet de la tache auréolée et du sulfate de cuivre sur le taux de MDA
Chapitre IV : Discussion
Conclusion et perspectives
Références bibliographiques
Annexes

Télécharger le rapport complet