Didier COMBES, Ingénieur de Recherche, INRA de Lusignan, France et Mme Héla BEN AHMED, Maître de Conférences - HDR, Université de Tunis El Manar, Tunisie, pour l'intérêt qu'ils portent à mes travaux en acceptant d'en être les examinateurs. Je tiens également à remercier M. Vincent Guérin, Ingénieur d'études à l'INRA d'Angers, France, de m'avoir accueilli dans l'équipe Arch-E.
Etude des photorécepteurs impliqués dans la photo- modulation de l’élongation des entre-nœuds en l’absence de raies bleues 76
63 3.3 L'influence de la lumière bleue sur l'activité photosynthétique des rosiers 64 3.4 Les effets de la quantité de courant de photons bleus sur l'allongement des entre-nœuds.
INTRODUCTION GENERALE
Introduction de la thèse
Notre travail s'est concentré sur l'influence de la lumière bleue sur l'évolution de l'architecture du rosier buissonnant. Dans le deuxième chapitre, l'influence de l'intensité de la lumière bleue lors de l'éclairage sur le développement du rosier est présentée.
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
L’horticulture ornementale française
- La situation de la production horticole française
- L’horticulture ornementale dans les Pays de la Loire Par rapport à l'ensemble de l'horticulture française, les Pays de la Loire représentent (France
L'horticulture des Pays de la Loire est concentrée dans les régions de Nantes et du Maine-et-Loire. Ainsi, l'horticulture ne représente que 3% des terres agricoles régionales exploitées (KZU), mais 6,5% des emplois agricoles.
La qualité esthétique du végétal ornemental: critère commercial majeur
La rose: un modèle d’étude original
- Histoire naturelle des rosiers
- Architecture du rosier
- Intérêts économiques et types d’utilisation des rosiers La rose est aujourd’hui l’espèce ornementale la plus cultivée dans le monde et représente,
- Les rosiers de jardin et paysagers
- Les rosiers à fleurs coupées
- Les potées fleuries
Ces roses doivent avoir de bonnes qualités décoratives et une faible sensibilité aux maladies tout au long de l'année. Il peut ainsi être récolté tout au long de l'année après un cycle de culture de 2 à 4 mois (Mary, 2003).
Techniques innovantes dans la maitrise de l’architecture des plantes
- Effet de la température
- Effet de l’humidité relative
- Effet de la nutrition minérale
- Effet de la lumière
De même, de faibles intensités lumineuses entraînent une réduction de la ramification du frêne. Les réponses à la croissance des plantes induites par la qualité de la lumière ont fait l'objet d'une synthèse (Varlet-Grancher et al., 1993).
Le développement et l’architecture finale des plantes
- La division cellulaire
- L’élongation cellulaire
Les effets du niveau de lumière bleue sur la croissance des plantes étudiées sont similaires à ceux des Rc/R. Plusieurs études ont démontré une corrélation positive entre l'activité XET et le niveau d'allongement de la tige (Nishitani et Tominaga, 1991, Burstin 2000 ; Uozu et al., 2000).
Mécanismes de développement des plantes
- La photosynthèse
- Les pigments photosynthétiques
- Les facteurs limitant pour la photosynthèse
- La photomorphogenèse
- Réponses contrôlées par les radiations bleues
L'impact de la lumière bleue sur la conductance du mésophylle (gm) est l'une des principales causes de l'inhibition de la photosynthèse. Dans la littérature, l’effet stimulateur de la lumière bleue sur l’allongement des tiges et des entre-nœuds est moins souvent rapporté que son effet inhibiteur (Li et al., 2000).
Les photorécepteurs et la perception de la lumière par les plantes
- Les phytochromes
- Les cryptochromes
- Les phototropines
- La famille ZTL, FKF1, et LKP2
D'autres phytochromes (PhyB-E) sont moins répandus et résistent à la lumière (Hirschfeld et al., 1998). Zeitlupe (ZTL), la protéine Kelch liant la flavine (FKF1) et la protéine LOV Kelch (LKP2/FKL1) constituent une nouvelle famille de photorécepteurs de lumière bleue (Imaizumi et al., 2003).
Voies de signalisation et mécanismes moléculaires impliquées dans la transduction du signal lumineux par les photorécepteurs
- Voies de signalisation des phytochromes
- Voies de signalisation des cryptochromes
- Voies de signalisation des phototropines
- Les interactions entre les photorécepteurs
Après irradiation par la lumière bleue, un changement de conformation permet l'autophosphorylation de la protéine et déclenche ainsi la cascade de signalisation (Imaizumi et al., 2003). Après irradiation par la lumière bleue, un changement de conformation permet l'autophosphorylation de la protéine et déclenche la cascade de signalisation (Briggs et Christie, 2002 ; Salomon et al., 2003).
Questionnement et démarche scientifique
- Objectifs
- Stratégies
- L’approche morphologique
- L’approche physiologique
- L’approche moléculaire
Chez les plantes, il existe plusieurs exemples d'interactions entre les photorécepteurs de lumière bleue et les photorécepteurs de lumière rouge (Fig. 8). Le photocontrôle de la croissance des entre-nœuds implique plusieurs types d'interactions entre photorécepteurs.
Etude de l’effet de la lumière bleue monochromatique sur la photosynthèse et la
Présentation de l’étude
Abstract
INTRODUCTION
The response of plants to blue light is less constant than that to red light (Rajapakse and Kelly 1995; Khattak et al. 2004) and is species dependent. For example, bud break is stimulated under blue light in Triticum aestivum (Barnes and Bugbee, 1992) and Prunus cerasifera (Muleo et al. 2001), while it is reduced in potato plants (Wilson et al. 1993). For example, blue light stimulates photosynthesis by inducing stomatal opening (Sharkey and Raschke 1981; Zeiger and Zhu 1998; Kinoshita et al. 2001), increasing stomatal conductance and intracellular CO2.
MATERIALS AND METHODS 1 Plant material
- Climatic conditions applied in growth chambers
- Photosynthetic parameters
- Gas exchange measurements
- Pigment analysis
- Organogenic activity and bursting of axillary buds
- Evaluation of shoot apical meristem (SAM) organogenesis
- Evaluation and cartography of bud bursting
- Morphological characterization of the primary and secondary axes
- Length and diameter
- Mass production and water content
- Leaf area (LA) and leaf mass area (LMA)
- Statistics analysis
At the end of the experiments, we determined the number of secondary axes with at least three internodes. At the end of the experiments, the weight of fresh (FW) and dry (DW) stems was determined. At the end of the experiments, the total leaf area and dry leaf mass were measured on each plant.
RESULTS
- Effect of blue light on photosynthesis in Rosa
- Effect of blue light on Rose plant development
- Morphological characteristics of the primary axes
- Growth and development of secondary axes
- Flower development
Blue light could induce the same morphogenetic developmental pattern in leaf primordia, as similar compound leaves were obtained under this light quality and under white light, and no difference in total leaf area (Table V) or pattern of leaf distribution (Fig. 12). was observed compared to white light. The only significant difference noted was the increase in leaf mass area (LMA) under blue light in Cv. In addition to vegetative development, blue light could support the complete reproductive development of the two rose cultivars and as efficiently as white light.
DISCUSSION
Similarly, blue light stimulated stomatal conductance in each of the two cultivars, as well as intercellular CO2 concentrations in Cv. Raddrazz' under blue light may contribute to the decrease in the CO2 assimilation rate, as shown in the bean (Barreiro et al. 1992). The reduced assimilation rates measured under blue light had surprisingly little impact on the growth of the two rose cultivars.
Conclusion
REMERCIEMENTS : Cette recherche a été partiellement soutenue par le Département Environnement-Agronomie de l'INRA et par le Ministère Tunisien de l'Enseignement Supérieur, qui a accordé une bourse à F.
Effet de l’absence spectre lumineux bleu sur la photosynthèse et la morphogenèse chez le
Introduction
Cette technique a été utilisée à l'origine pour étudier l'effet de la lumière rouge sur la croissance des plantes (Mortensen et Stromme, 1987 ; Meirutral (Rajapakse et al., 1999)). La diminution de l'intensité des lignes bleues dans la lumière d'éclairage stimule l'allongement de la tige. pour déterminer l'effet de l'intensité de la lumière bleue sur les caractéristiques architecturales des roses.
Matériels et Méthodes
- Matériel végétal et modalités de culture
- Traitements lumineux
- Etude des paramètres morphologiques
- Suivi cinétique de l’allongement des métamères
Les plantes ont été soumises au traitement lumineux jusqu'à la fin de la croissance des axes secondaires. Les longueurs finales des axes primaires, des axes secondaires et les longueurs des métamères ont été mesurées à l'aide d'un numériseur (Microscribe G2LX) connecté à un ordinateur d'entrée. Les poids frais et secs de ces racines ont été déterminés selon la procédure utilisée pour peser les métamères (1-3b).
Temps thermique (°C.J)
Mesure de la longueur des cellules épidermiques des métamères
Deux conditions de lumière ont été étudiées : (i) une lumière blanche contenant de la lumière bleue (flux de photons bleus de 17,4 µmol.m-2.s-1), produite par des tubes fluorescents Osram Fluora L 18W/77 et (ii) une lumière sans raies bleues obtenue en plaçant des filtres Roscolux orange sur les mêmes tubes fluorescents. Une fois le vernis sec, le bord de la couche de vernis a été soulevé avec une aiguille et une pince fine puis placé entre lame et lamelle dans une goutte d'eau. L'observation des cellules a été réalisée à l'aide d'un microscope (Axioskop 2 plus, Zeiss, GX 20) et la longueur des cellules (20 par métamère) a été mesurée à l'aide du logiciel AxioVision Zeiss.
Etude anatomique et histologique des feuilles
Mesure de l’activité photosynthétique foliaire
Les feuilles utilisées pour les mesures photosynthétiques ont également été utilisées pour la détermination des pigments chlorophylliens. La teneur en chlorophylle et en caroténoïdes a été déterminée selon la formule de Torrecillas et al.
Analyse de l’expression de gènes candidats au sein des métamères
A la fin de la PCR, le logiciel trace graphiquement l'augmentation de la fluorescence de chaque puits au cours des cycles successifs. Puis l'augmentation de la fluorescence passe par une phase exponentielle (deuxième phase, environ 5 cycles) avant de ralentir et d'atteindre un plateau (dernière phase). Cette approche nécessite de quantifier en parallèle, pour chaque condition, la quantité de transcrits d'un gène de référence.
Analyse statistique
Plusieurs de ces gènes de référence ont été testés : EF-1α, GAPDH, UBC (Ubiquitin-C) et 18S (sous-unité ribosomale). Une classification de ces gènes a été réalisée à l'aide du logiciel geNorm (Vandesompele et al., 2002), logiciel composé de macros Microsoft Excel permettant de déterminer le gène de référence le plus stable à partir d'un ensemble de gènes testés. Les deux meilleurs gènes de référence dans nos conditions sont EF-1α et GAPDH (Girault et al., 2010).
Résultats
- Effets de l’absence du spectre bleu sur le développement du rosier-buisson
- Impact de la lumière bleue sur l’anatomie des feuilles de rosier
- Impact de la lumière bleue sur l’activité photosynthétique des rosiers
- Effets de la quantité de flux de photons bleus sur l’élongation des entre-nœuds des axes primaires du
- Impact de la lumière bleue sur l’élongation cellulaire des entre-nœuds
- Impact de la lumière bleue sur l’activité transcriptionnelle de gènes candidats
La figure 18 montre des coupes histologiques de feuilles de roses « Old Red » cultivées sous tout le spectre lumineux et sous le spectre lumineux sans stries bleues. Expression de la B-glucosidase dans le spectre lumineux complet et dans le spectre de la lumière bleue pendant l'élongation des métamères. Spectre complet de lumière Spectre de lumière (-bleu) Spectre de lumière (-bleu) Spectre de lumière (-bleu) Spectre de lumière (-bleu) Traitement de la lumière.
Discussion
Cette réduction de l'allongement cellulaire est due à une réduction de l'étirement de la paroi cellulaire provoquée par l'action des photorécepteurs de la lumière bleue (Cosgrove, 1980). Récemment, le rôle de signalisation de l'intensité de la lumière bleue (B) ainsi que de la concentration d'éthylène dans cette réponse a été démontré dans le tabac (Pierik et al ; 2004). Chez Arabidopsis, l'allongement accru des hypocotyles des plantules dans des conditions d'évitement de l'ombre est causé par la perception d'une intensité réduite de la lumière bleue.
Etude des photorécepteurs impliqués dans la photo-modulation de l’élongation des entre-
Matériel et Méthodes
- Etude de la photo-modulation de la croissance des axes chez le pois
- Longueur des axes et des métamères
- Poids frais et sec des métamères des axes primaires
- Longueur des cellules épidermiques
- Analyse de l’expression de gènes au sein de métamères de pois
- Analyse statistique
Pour chaque génotype, 20 plantes ont été soumises à une lumière blanche contenant de la lumière bleue (flux de photons bleus de 17,4 µmol.m-2.s-1) produite par des tubes fluorescents Osram Fluora L 18W/77, tandis que 20 autres plantes ont été exposées à la lumière sans lumière. . de lignes bleues obtenues en plaçant des filtres Roscolux orange sur les mêmes tubes fluorescents Osram Fluora L 18W/77. Les plantes sauvages et les mutants phyA, phyB et cry1 ont été cultivés sous une lumière blanche contenant de la lumière bleue (flux de photons bleus de 17,4 µmol.m-2.s-1) produite par Osram Fluora L 18W/lampes fluorescentes.77 et également sous une lumière sans lumière. de lignes bleues obtenues en plaçant des filtres Roscolux orange sur les mêmes tubes fluorescents Osram Fluora L 18W/77. Les métamères #4 ont été prélevés lors de l'expansion, lorsqu'ils ont atteint la moitié de la longueur finale attendue déterminée dans la section précédente.
Résultats et discussion
- Etude de l’effet de l’absence de raies bleues dans la lumière blanche sur la croissance du pois sauvage
- Identification des photorécepteurs impliqués dans la photo-modulation de la croissance des entre-nœuds de
- Photo-régulation par la lumière bleue de gènes impliqués dans la régulation de l’expansion cellulaire
L'étude de l'implication de différents photorécepteurs dans cette réponse à l'absence de lumière bleue semble donc pertinente à réaliser chez le pois. Pour étudier la contribution relative des photorécepteurs dans le contrôle de la photomodulation de l'élongation de l'axe en l'absence de lumière bleue, les différents mutants ont été cultivés sous lumière à spectre complet (flux de photons bleus de 17,4 µmol.m-2.s-1) et sous ' un spectre lumineux sans lignes bleues, comme décrit précédemment dans le rosier. Il apparaît donc que pour ces deux espèces, l’activité transcriptionnelle de l’acide vacuolaire invertase dans les entre-nœuds est identiquement régulée et stimulée par la lumière bleue.
Conclusion
En l’absence de lignes bleues, le métabolisme du sorbitol prendrait le relais et la transcription de la sorbitol déshydrogénase augmenterait de manière significative. Nos résultats sur l’impact de la lumière bleue suggèrent que cette capacité s’exprime dans d’autres conditions d’éclairage chez le rosier, et peut-être aussi chez le pois. Le rôle, proposé par Pommerrenig et al. 2007), du métabolisme du sorbitol dans le contrôle de la turgescence cellulaire en conditions de stress pourrait également être suggéré dans le modèle de régulation de l'expansion des entre-nœuds cellulaires par la lumière bleue.
Discussion générale et perspectives
Discussion générale
- Effets du spectre lumineux bleu sur la croissance du rosier
- La lumière bleue agit-elle sur le développement des rosiers au travers d’une modulation de l’activité
- Identification de processus morphogénétiques impliqués dans le photo-contrôle de l’élongation des axes par la
La lumière bleue a-t-elle le même effet sur l’allongement des axes d’autres cultivars, notamment ceux des rosiers de jardin ? Nos résultats montrent que la suppression de la lumière bleue de l’éclairage fonctionne pour plusieurs cultivars de roses. On peut donc conclure que l’effet de la lumière bleue sur le développement aérien du rosier implique bien une modulation de l’activité photosynthétique de ces plantes.
