Élucidation de quelques mécanismes, à l’échelle embryonnaire, impliqués dans le priming des semences
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Synthèse des travaux sur les mécanismes du Priming des Semences et particulièrement le double hydropriming, présenté à : 1. l'INRA de Versailles / INSTITUT JEAN-PIERRE BOURGIN (IJPB) équipe "Physiologie de la germination" (PhyGerme) Pr Loic Rajjou et Pr Helen North 2. Centre de Biotechnologie de Borj-Cédria (CBBC) Tunis –Tunisie / Laboratoire des plantes extrêmophiles Dr Walid Zorrig, Pr Chadelly Abdelly et Pr Mohsen HANANA
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- 1. Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (U.S.T.H.B) Alger, Algérie Faculté des Sciences Biologiques Laboratoire de Biologie et Physiologie des Organismes Équipe de Physiologie Végétale Dr Lilya BOUCELHA Présentée par : Directeur de Recherche : Pr Réda DJEBBAR Élucidation de quelques mécanismes, à l’échelle embryonnaire, impliqués dans le priming des semences Centre de Biotechnologie de Borj-Cédria (CBBC) Tunis –Tunisie (30 novembre 2023) INRA de Versailles / Équipe de Physiologie des Semences (19 Octobre 2023)
- 2. Introduction
- 3. Réchauffement climatique Position de l’Algérie Vulnérabilité des cultures Quels sont les facteurs menaçant notre Sécurité Alimentaire ?
- 4. Comment peut-on résoudre ce problème majeur à moindre coût ? Adoption de techniques culturales adéquates Sélection de variétés tolérantes Création de génotypes modifiés par génie génétique (OGM) Actuellement Une Nouvelle approche est adoptée consistant à traiter les graines en prégermination Priming des Semences
- 5. Application du Priming Application du traitement prégerminatif Ou Priming Ou Amorçage Germination Phase indispensable du cycle de Vie des plantes
- 6. Application du Priming Imbibition partielle de la semence Activités métaboliques Pré-germinatives La phase réversible de la germination Redéshydratation avant l’Émergence de la radicule Traitement prégerminatif Ou Priming Réhydratation et Mise en Germination Activation des Processus germinatifs
- 7. Types du Priming Types du Priming Hydropriming Traitement hydrique ou Redéshydratation Hormopriming Traitement Hormonal (ABA, GA, SA, Auxines) Chimiopriming Traitement chimique (CaCl2, SNP, H2O2, Si) Osmopriming Traitement osmotique (PEG, NaCl, KCl, KNO3) Traitement avec des bactéries, extraits végétaux ou animaux, …
- 8. Application du Priming Pour une meilleure efficacité du priming Boites de Petri tapissées de papier Imbibition Immersion totale dans l’eau Sous ventilation Redéshydrtation Etuve
- 9. Avantages du Priming Germination homogène (synchronisée) et rapide Levée de la dormance Amélioration de la croissance et du rendement Floraison plus précoce Obtention des cultures uniformes Obtention des plantes plus tolérantes aux stress abiotiques
- 10. Mécanismes du Priming La plus part des travaux réalisés sur le priming se sont surtout penchés presque exclusivement sur les performances germinatives Ce qui justifie nos travaux passés et en cours Les mécanismes régissant le priming ne sont pas encore bien connus, il reste à élucider beaucoup d’autres aspects
- 11. Objectifs
- 12. Objectifs de notre équipe Physiologique Moléculaire Métabolique Biochimique Compréhension des mécanismes à des niveaux différents Compréhension des mécanismes au niveau de différents organes Cotylédons Feuilles Radicule Graines Gemmule
- 13. Objectifs de notre équipe Osmopriming Hormopriming Chimiopriming Hydropriming Application de différents types de priming Vigna unguiculata Plusieurs modèles Biologiques à Intérêt économique, nutritionnel et médicinal 1 Fenugrec 2 Blé tendre et dur 3 Coton 4 Simple et double PEG SNP, CaCl2, Si Acide gibbérellique Essais sur Arabidoopsis thaliana et le Peuplier noir, en collaboration avec des laboratoires étrangers
- 14. Résultats présentés Espèce Vigna unguiculata Traitement Hydropriming (simple et double) Imbibition partielle des graines (6 heures) Redéshydratation (avant l’émergence de la radicule) Simple Hydropriming MISE EN GERMINATION Double Hydropriming 2 Double cycle d’hydratation / Redéshydratation Réhydratation totale Traitement inédit
- 15. Résultats Germination et croissance des radicules Avantages du priming
- 16. Cinétique d’imbibition Imbibition de graines de Vigna unguiculata selon les différents traitements. La fin de la phase réversible. Germination des graines après 14 heures de mise en germination dans l'eau. Témoin PEG 30% 3h Double hydro 6h hydro
- 17. Germination en conditions favorables Effets du priming sur la germination des semences de Vigna unguiculata dans l'eau distillée. Photos montrant la germination des semences au premier jour de la mise en germination.
- 18. Germination en conditions stressantes PEG 20 % Effets du priming sur le taux de survie des plantules issues des semences témoins et traitées mises à germer dans le PEG à 20 %.
- 19. Croissance des radicule en conditions favorables et stressantes
- 20. Osmopriming PEG Simple Hydropriming Double Hydropriming Cinétique d’imbibition Germination en conditions favorables Priming des graines Vigna unguiculata Amélioration des performances germinatives Amélioration de la tolérance au stress osmotique Stimulation de la croissance des radicules Quels sont les mécanismes impliqués ? Germination en conditions stressantes Croissance en conditions favorables Croissance en conditions stressantes Taux de survie
- 21. Résultats Priming et stress hydrique des plantes Avantages du priming
- 22. Étude des paramètres biométriques et physiologiques des parties aériennes Étude des paramètres liés au stress oxydatif Mise en germination Mise en pots Croissance d’une dizaine de jours Plantules issues de graines témoins et prétraitées Application des différents types du priming des graines Arrosage régulier Arrêt d’arrosage Application du stress hydrique
- 23. Croissance en conditions favorables Croissance en conditions stressantes
- 24. Paramètres liés au stress hydrique
- 25. Publication scientifique Publication internationale Revue Catégorie A / IF 1,32 Double hydropriming Meilleure germination Meilleure croissance Meilleure tolérance au stress Amélioration de la production végétale
- 26. Plantes tolérantes au stress hydrique Le traitement appliqué aux graines par priming La plante adulte n’est pas directement touché par ce traitement Alors comment expliquer ses effets bénéfiques au niveau des plantes adultes ? Priming Signalisation moléculaire Embryon Mémorisation Epigénétique Futur Projet Message chimique
- 27. Résultats Compréhension des mécanismes au niveau embryonnaire
- 28. Étude des mécanismes oxydatifs Faible concentration de ROS Quiescence ou Dormance des graines Concentration optimale de ROS Germination ROS ROS ROS Forte concentration de ROS Dommages oxydatifs « Vieillissement des graines » Une germination ne peut avoir lieu que si la quantité de ROS est comprise entre deux limites inferieure et supérieure Fenêtre oxydative Bailly et al. 2008
- 29. Tigelle Radicule Gemmule Cotylédon Étudier le priming à travers les aspects de l’état redox de l’embryon Activités antioxydantes Formation des ROS Étude des mécanismes oxydatifs Séparation des différents organes de l’embryon Originalité
- 30. Formation des ROS Détection de l’anion superoxyde (O2 -) Détection du peroxyde d’hydrogéne (H2O2)
- 32. Publication scientifique Publication internationale Selon cette théorie le stress oxydatif est indispensable au déclanchement de la germination. Priming permet l’élargissement de cet intervalle d’où les effets bénéfiques sur la germination et la dormance Revue Catégorie A / IF 3,1
- 33. Étude des mécanismes métaboliques La germination consiste en une hydrolyse des réserves Nous nous sommes intéressés naturellement à l’étude des réserves protéique et glucidiques par l’analyse quantitative et qualitative du métabolisme carboné et azoté Au niveau des trois organes de l’embryon
- 34. Relargage des lessivats des graines Le lessivage des électrolytes dans le milieu d’imbibition est corrélé positivement avec la vitesse de la germination. Les graines redéshydratées qui se caractérisent par les meilleures performances germinatives, présentent une forte sortie des électrolytes. La plupart des solutés solubles qui s’échappent des semences sont des sucres et des acides aminés en plus de la plupart des ions minéraux présents dans la graine. Chez les graines doublement redéshydratées, le lessivage est intense
- 35. Protéines et acides aminés
- 36. Proline libre Accumulation de la proline Ajustement Osmotique Meilleure germination en conditions stressantes
- 37. Afin d’approfondir nos analyses biochimiques, nous avons réalisé une étude qualitative des protéines par une approche électrophorétique (SDS-PAGE). Notre étude n’a pas révélé une différence bien apparente sauf au niveau de la plumule des graines traitées par le PEG à 30 %. Profil électrophorétique des protéines de la gemmule issue de graines témoins et traitées Protéines disparues Protéines néosynthétisées Cette étude doit être affinée par une électrophorèse bidimensionnelle et une analyse protéomique permettant de révéler l’effet du priming sur la composition en protéines. Étude qualitative des protéines
- 38. Étude qualitative des acides aminés Les acides aminés apparus suite aux traitements prégerminatifs
- 39. Amidon et sucres solubles
- 40. Étude qualitative des sucres solubles Les sucres solubles apparus suite aux traitements prégerminatifs
- 41. Article Soumis Double hydropriming Plus large spectre de modifications physiologies, biochimiques et métaboliques au niveau embryonnaire. Revue Catégorie A / IF 3,1 Étude des mécanismes métaboliques
- 43. Conclusion Générale Amélioration des performances germinatives Amélioration du développement et du rendement Floraison plus précoce Amélioration de la tolérance aux stress Activation de l’hydrolyse des réserves Forte synthèse des osmolytes Activation des enzymes antioxydantes Priming des semences Diminution des dommages oxydatifs Mécanismes Inconvénient AGEING Effets
- 44. Résultats Priming et Ageing des semences Inconvénient du priming
- 45. Priming et Ageing des semences Paradoxalement, un effet négatif de l'hydropriming a été montré par plusieurs auteurs. Longévité des semences très réduite Vieillissement des graines dénommé « Ageing » 0 20 40 60 80 100 120 1 jour 15 jours 1 mois 2 mois 4 mois 6 mois 8 mois 10 mois 12 mois Temoin 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Capacité de germination (%) Temps après l'application de la redéshydratation
- 46. Graines fraiches Graines Stockées Stockage 4 ans Cependant, les processus et les mécanismes impliqués dans ce vieillissement des graines primées ne sont pas encore bien compris Tenter de comprendre ces mécanismes par l ’étude des graines de Vigna unguiculata ayant subi un hydropriming et/ou un stockage de 4 ans Intégrité membranaire Formation des ROS Oxydation des protéines Teneurs en protéines Protéines carbonylées Produits d’oxydation Détection du H2O2 et l’O2 - Fuite des électrolytes et teneurs en MDA Activités antioxydantes Catalase et SOD Chambre froide à 4° C Vieillissement naturel Priming et Ageing des semences
- 47. Priming et Ageing des semences 1 day after priming 4 months after priming 1 year after priming 8 months after priming 4 years after priming Graines fraiches Graines stockées
- 49. Croissance, Indice de Vigueur et Protéines +65 % +102 % -100 % -100 % -32 % -33 %
- 50. Oxydation des protéines AOPP Protéines carbonylées Hydropriming AOPP Protéines carbonylées Graines fraiches Graines stockées +106 % +310 % -56 % +150 % +333 %
- 51. Formation des ROS Hydropriming Formation des ROS Graines fraiches Formation des ROS Graines stockées Zones méristématiques Détection de l’O2 - Détection du H2O2
- 52. MDA et SOD MDA Hydropriming Graines fraiches Graines stockées SOD MDA SOD -66 % -49 % +170 % +121%
- 54. Conclusion : Priming et Ageing
- 55. Publication scientifique Publication internationale Revue Catégorie A IF 3,1 Hypothèse Dégradation des protéines LEA et les déhydrines
- 56. PERSPECTIVES Analyses protéomiques et métaboliques des embryons des graines ayant subi un priming et des plants dont elles sont issues. En identifiant l’expression de certains gènes candidats et le contrôle épigénétique. Validation des résultats en menant des essais au champ par semis en conditions normales et en conditions de déficit hydrique. Etude plus approfondie des mécanismes régissant l’ageing des graines redéshydratées. Ainsi que la proposition des protocoles post- stockage permettant de prolonger la longévité de ces graines. Confronter les plantules issues de graines traitées à d’autres contraintes telles que la salinité ou les basses températures. Etudier la descendance des graines primées « 2éme génération » pour valider ou pas la transmission de cette mémoire. Défi