Concerted changes in N and C primary metabolism in alfalfa (Medicago sativa) under water restriction

Although the mechanisms of nodule N2 fixation in legumes are now well documented, some uncertainty remains on the metabolic consequences of water deficit. In most cases, little consideration is given to other organs and, therefore, the coordinated changes in metabolism in leaves, roots, and nodules are not well known. Here, the effect of water restriction on exclusively N2-fixing alfalfa (Medicago sativa L.) plants was investigated, and proteomic, metabolomic, and physiological analyses were carried out. It is shown that the inhibition of nitrogenase activity caused by water restriction was accompanied by concerted alterations in metabolic pathways in nodules, leaves, and roots. The data suggest that nodule metabolism and metabolic exchange between plant organs nearly reached homeostasis in asparagine synthesis and partitioning, as well as the N demand from leaves. Typically, there was (i) a stimulation of the anaplerotic pathway to sustain the provision of C skeletons for amino acid (e.g. glutamate and proline) synthesis; (ii) re-allocation of glycolytic products to alanine and serine/glycine; and (iii) subtle changes in redox metabolites suggesting the implication of a slight oxidative stress. Furthermore, water restriction caused little change in both photosynthetic efficiency and respiratory cost of N2 fixation by nodules. In other words, the results suggest that under water stress, nodule metabolism follows a compromise between physiological imperatives (N demand, oxidative stress) and the lower input to sustain catabolism.

Foliar photochemical processes and carbon metabolism under favourable and adverse winter conditions in a Mediterranean mixed forest, Catalonia (Spain)

Evergreen trees in the Mediterranean region must cope with a wide range of environmental stresses from summer drought to winter cold. The mildness of Mediterranean winters can periodically lead to favourable environmental conditions above the threshold for a positive carbon balance, benefitting evergreen woody species more than deciduous ones. The comparatively lower solar energy input in winter decreases the foliar light saturation point. This leads to a higher susceptibility to photoinhibitory stress especially when chilly (< 12 C) or freezing temperatures (< 0 C) coincide with clear skies and relatively high solar irradiances. Nonetheless, the advantage of evergreen species that are able to photosynthesize all year round where a significant fraction can be attributed to winter months, compensates for the lower carbon uptake during spring and summer in comparison to deciduous species. We investigated the ecophysiological behaviour of three co-occurring mature evergreen tree species (Quercus ilex L., Pinus halepensis Mill., and Arbutus unedo L.). Therefore, we collected twigs from the field during a period of mild winter conditions and after a sudden cold period. After both periods, the state of the photosynthetic machinery was tested in the laboratory by estimating the foliar photosynthetic potential with CO2 response curves in parallel with chlorophyll fluorescence measurements. The studied evergreen tree species benefited strongly from mild winter conditions by exhibiting extraordinarily high photosynthetic potentials. A sudden period of frost, however, negatively affected the photosynthetic apparatus, leading to significant decreases in key physiological parameters such as the maximum carboxylation velocity (Vc,max), the maximum photosynthetic electron transport rate (Jmax), and the optimal fluorometric quantum yield of photosystem II (Fv/Fm). The responses of Vc,max and Jmax were highly species specific, with Q. ilex exhibiting the highest and P. halepensis the lowest reductions. In contrast, the optimal fluorometric quantum yield of photosystem II (Fv/Fm) was significantly lower in A. unedo after the cold period. The leaf position played an important role in Q. ilex showing a stronger winter effect on sunlit leaves in comparison to shaded leaves. Our results generally agreed with the previous classifications of photoinhibition-tolerant (P. halepensis) and photoinhibitionavoiding (Q. ilex) species on the basis of their susceptibility to dynamic photoinhibition, whereas A. unedo was the least tolerant to photoinhibition, which was chronic in this species. Q. ilex and P. halepensis seem to follow contrasting photoprotective strategies. However, they seemed equally successful under the prevailing conditions exhibiting an adaptive advantage over A. unedo. These results show that our understanding of the dynamics of interspecific competition in Mediterranean ecosystems requires consideration of the physiological behaviour during winter which may have important implications for long-term carbon budgets and growth trends.

Palmeres que ensumen diamants

Totes les plantes estan adaptades a viure en unes condicions ambientals concretes i en un determinat tipus del sòl. La relació que s'estableix entre la vegetació i la composició mineralògica del sòl ha fet que els geòlegs, quan busquen jaciments, es fixin, entre moltes altres dades, en les plantes que hi creixen. Stephen E. Haggerty i els seus col·laboradors, de la Universitat Internacional de Florida, als EUA, han descobert un tipus de palmera que creix únicament en indrets rics en diamants, en zones tropicals humides. La seva proposta, que recull la revista Economic Geology, és utilitzar aquesta correlació com un indicador per buscar nous jaciments, la qual cosa facilitaria la tasca i evitaria malmetre el medi ambient en prospeccions infructuoses.

Rhizodeposition of organic carbon by plants with contrasting traits for resource acquisition: responses to different fertility regimes

Background and aims Rhizodeposition plays an important role in mediating soil nutrient availability in ecosystems. However, owing to methodological difficulties (i.e., narrow zone of soil around roots, rapid assimilation by soil microbes) fertility-induced changes in rhizodeposition remain mostly unknown. Methods We developed a novel long-term continuous 13C labelling method to address the effects of two levels of nitrogen (N) fertilization on rhizodeposited carbon (C) by species with different nutrient acquisition strategies. Results Fertility-induced changes in rhizodeposition were modulated by root responses to N availability rather than by changes in soil microbial biomass. Differences among species were mostly related to plant biomass: species with higher total leaf and root biomass also had higher total rhizodeposited C, whereas species with lower root biomass had higher specific rhizodeposited C (per gram root mass). Experimental controls demonstrated that most of the biases commonly associated with this type of experiment (i.e., long-term steady-state labelling) were avoided using our methodological approach. Conclusions These results suggest that the amount of rhizodeposited C from plants grown under different levels of N were driven mainly by plant biomass and root morphology rather than microbial biomass. They also underline the importance of plant characteristics (i.e., biomass allocation) as opposed to traits associated with plant resource acquisition strategies in predicting total C rhizodeposition.

Els escarabats inspiren nous materials

La natura és sàvia i, després d'anys d'evolució, ha seleccionat materials amb propietats insuperables. Alguns experts creuen que el 80% de les solucions que la ciència busca estan en els animals i les plantes. S'investiga per aconseguir avions inspirats en el vol del cigne, edificis que imitin la termoregulació dels cactus, banyadors basats en les escates dels taurons per reduir la fricció amb l'aigua i materials tan resistents com les teranyines.

Almanach calculé pour l'année 983 de l'hégire (1575-1576).

Exemplaire incomplet de son premier feuillet, avec lequel a disparu le nom de son auteur ; il est dédié à un sultan de Constantinople, dont les titres sont donnés au recto du premier feuillet, et dont le nom, Mourad III, fils de Selim II, se lit au feuillet 17 recto. Il se compose de tableaux astrologiques et astronomiques, dans lesquels on trouve les planètes figurées dans des médaillons, des prédictions, en particulier par les mouvements réflexes des membres. En tête de cet almanach, se voient des tableaux chronologiques, dans lesquels se trouve résumée l'histoire des dynasties antéislamiques de la Perse et des dynasties musulmanes qui ont précédé les Osmanlis.

BARTHÉLEMY l'Anglais, « Livre des proprietéz des choses, translaté... par frere Jehan CORBECHON ».

Grandes miniatures en tête de quelques livres ; l'une d'elles (fol. 317 v°), porte le blason suivant : parti au 1 d'un fascé de six pièces, or et gueules, à la bordure contre-componée de même ; au 2 de gueules à neuf besants d'or. — Petites miniatures en tête de chaque chapitre, représentant les animaux, les plantes, les instruments, etc.

Conception de microARNs pour attenuer l'expression de genes

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques.

The placebo effect: international patent law and the protection of traditional plant medicine

Une préoccupation essentielle traverse cette thèse: l'indifférence systémique de la Loi internationale sur la propriété intellectuelle a l'égard des savoirs traditionnels autochtones. De manière générale, un écart semble d'ailleurs croissant entre l'importance des accords internationaux sur les questions d'intérêt commercial et ceux de nature sociale. Les savoirs traditionnels autochtones sur les plantes médicinales sont particulièrement désavantagés dans ce système dichotomique puisqu'ils sont non seulement à l'origine d'énormes profits commerciaux mais se trouvent aussi au cœur de multiples croyances propres à ces sociétés. L'Accord sur les aspects des droits de propriété intellectuelle qui touchent au commerce (ADPIC) de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) a cristallisé le souci de la législation internationale à l'égard d'une protection efficace des intérêts commerciaux. Deux années auparavant, la Convention sur la diversité biologique (CDB) était signée, traduisant une préoccupation à l'égard du développement durable, et elle devenait le premier accord international à tenir compte des savoirs traditionnels autochtones. On considère souvent que ces deux accords permettent l'équilibre du développement commercial et durable, requis par l'économie internationale. Après plus ample examen, on a plutôt l'impression que l'idée d'une CDB défendant, avec succès et efficacité, la nécessité du développement durable et des savoirs traditionnels autochtones contre les pressions opposées de l'ADPIC et de l'OMC est, au mieux, simpliste. La thèse explore également la fonction de la Loi sur les brevets dans la création d’industries, notamment pharmaceutique, et la manière dont ces industries influencent la législation nationale et en particulier internationale. De même, elle traite du rôle que jouent les brevets dans l'affaiblissement et la dépossession des peuples autochtones dotés de savoirs traditionnels sur les plantes médicinales, conduisant à une situation ou ces savoirs sont marginalisés ainsi que leurs détenteurs. La thèse aborde les failles institutionnelles du système juridique international qui permet une telle situation et indique l'urgente nécessité d'examiner attentivement les inégalités économiques et sociales au Nord comme au Sud, et non seulement entre eux. Finalement, la thèse suggère que la législation internationale gagnerait à s'inspirer des diverses traditions juridiques présentes à travers le monde et, dans ce cas particulier, peut être les détenteurs des connaissances traditionnelles concernant les plantes médicinales seront mieux servi par le droit des obligations.

Caractérisation d'une famille de récepteurs kinases impliqués dans le développement gamétophytique chez Arabidopsis thaliana

Au cours du développement des végétaux, de l’établissement de l’identité cellulaire des premiers organes au guidage du tube pollinique, la communication cellule à cellule est d’une importance capitale. En réponse, les voies de signalisation moléculaires sont élaborées pour la perception d’un signal extérieur et la transduction en une réponse génique via une cascade intracellulaire. Les récepteurs kinases font partie des protéines perceptrices des stimuli et constituent chez les plantes une catégorie de protéines avec une occurrence considérable, mais dont très peu d’informations détaillées sont disponibles à ce jour. Une famille de récepteurs kinases chez Arabidopsis thaliana, AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11), a été identifiée par orthologie à un récepteur spécifique aux ovaires chez une solanacéee sauvage, Solanum chacoense. La fonction présumée de cette famille de récepteurs kinases de type leucine-rich repeat, suggérée par son patron d’expression, implique les événements relatifs au développement des gamétophytes et à la reproduction. Afin de caractériser la fonction des quatre gènes de la famille (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c et AtORK11d) une stratégie d’analyse de mutants d’insertion de l’ADN-T et d’évaluation du mode d’action par complémentation bimoléculaire par fluorescence (BiFC) a été entreprise. Aucune fonction précise n’a pu être attribuée aux doubles mutants d’insertion, par contre la surexpression d’une construction dominante négative indique un rôle dans le développement gamétophytique. Il a aussi été démontré que les quatre récepteurs peuvent interagir par homodimérisation aussi bien que par hétérodimérisation. Une hypothèse de redondance fonctionnelle est ainsi mise à jour parmi la famille des gènes AtORK11.

Mesure de la concentration en métaux traces dans la solution de sol par microlysimétrie

La présente étude porte sur l’évaluation d’une méthode d’acquisition de la solution de sol présente à l’interface sol-racine, dans la rhizosphère. Cette interface constitue le lieu privilégié de prise en charge par les plantes des contaminants, tels que les métaux traces. Comme les plantes acquièrent ces éléments à partir de la phase liquide, la solution de sol de la rhizosphère est une composante clé pour déterminer la fraction de métaux traces biodisponibles. La microlysimétrie est la méthode in situ la plus appropriée pour aborder les difficultés liées à l’échelle microscopique de la rhizosphère. Ainsi, dans les études sur la biodisponibilité des métaux traces au niveau de la rhizosphère, les microlysimètres (Rhizon©) gagnent en popularité sans, toutefois, avoir fait l’objet d’études exhaustives. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer la capacité de ces microlysimètres à préserver l’intégrité chimique de la solution, tout en optimisant leur utilisation. Pour ce faire, les microlysimètres ont été soumis à une série d’expériences en présence de solutions et de sols, où la quantité de solution prélevée et le comportement des métaux traces (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) ont été étudiés. Les résultats montrent que les microlysimètres fonctionnent de façon optimale lorsque le contenu en eau du sol est au-dessus de la capacité au champ et lorsqu’il y a peu de matière organique et d’argile. Les sols sableux ayant un faible contenu en C organique reproduisent mieux le volume prélevé et la solution sous la capacité au champ peut être récoltée. L’utilisation des microlysimètres dans ces sols est donc optimale. Dans les essais en solution, les microlysimètres ont atteint un équilibre avec la solution après 10 h de prélèvement. En respectant ce délai et les conditions optimales préalablement établies (pH acide et COD élevé), les microlysimètres préservent la composition chimique de la solution. Dans les essais en sol, cet équilibre n’a pas été atteint après dix jours et huit prélèvements. Le contenu en matière organique et l’activité microbienne semblent responsables de la modification des concentrations en métaux au cours de ces prélèvements, notamment, dans l’horizon FH où les microlysimètres performent très mal. En revanche, dans l’horizon B, les concentrations tendent à se stabiliser vers la fin de la série de prélèvements en se rapprochant des valeurs de référence. Bien que des valeurs plus élevées s’observent pour les microlysimètres, leurs concentrations en métaux sont comparables à celles des méthodes de référence (extrait à l’eau, lysimètres de terrain avec et sans tension). En somme, les microlysimètres se comportent généralement mieux dans l’horizon B. Même si leur utilisation est plus optimale dans un sol sableux, cet horizon est privilégié pour de futures études sur le terrain avec les microlysimètres.

La régulation génique chez Solanum chacoense : de la pollinisation jusqu’à l’embryogenèse

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. Ainsi, la compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine représente un intérêt agronomique majeur. Toutefois, l'analyse des premiers stades de développement est souvent difficile parce que l'embryon est petit et intégré à l'intérieur du tissu maternel. Solanum chacoense qui présente des fleurs relativement grande facilitant l’isolation des ovules, a été utilisée pour l’étude de la biologie de la reproduction plus précisément la formation des gamètes femelles, la pollinisation, la fécondation et le développement des embryons. Afin d'analyser le programme transcriptionnel induit au cours de la structuration de ces étapes de la reproduction sexuée, nous avons mis à profit un projet de séquençage de 7741 ESTs (6700 unigènes) exprimés dans l’ovule à différents stades du développement embryonnaire. L’ADN de ces ESTs a été utilisé pour la fabrication de biopuces d’ADN. Dans un premier temps, ces biopuces ont été utilisé pour comparer des ADNc issus des ovules de chaque stade de développement embryonnaire (depuis le zygote jusqu’au embryon mature) versus un ovule non fécondé. Trois profils d’expression correspondant au stade précoce, intermédiaire et tardive ont été trouvés. Une analyse plus approfondie entre chaque point étudié (de 0 à 22 jours après pollinisation), a permis d'identifier des gènes spécifiques caractérisant des phases de transition spécifiques. Les annotations Fonctionnelles des gènes differentiellement exprimés nous ont permis d'identifier les principales fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement, révélant que les embryons sont engagés dans des actifs processus de différenciation. Ces biopuces d’ADN ont été par la suite utilisé pour comparer différent types de pollinisation (compatible, incompatible, semi-compatible et inter-espèce) afin d’identifier les gènes répondants à plusieurs stimuli avant l'arrivé du tube pollinique aux ovules (activation à distance). Nous avons pu démontrer que le signal perçu par l’ovaire était différent et dépend de plusieurs facteurs, incluant le type de pollen et la distance parcourue par le pollen dans le style. Une autre analyse permettant la comparaison des différentes pollinisations et la blessure du style nous a permis d’identifier que les programmes génétiques de la pollinisation chevauchent en partie avec ceux du stress. Cela était confirmé en traitant les fleurs par une hormone de stress, méthyle jasmonate. Dans le dernier chapitre, nous avons utilisé ces biopuces pour étudier le changement transcriptionnel d’un mutant sur exprimant une protéine kinase FRK2 impliqué dans l’identité des ovules. Nous avons pu sélectionner plusieurs gènes candidat touchés par la surexpression de cette kinase pour mieux comprendre la voie se signalisation. Ces biopuces ont ainsi servi à déterminer la variation au niveau transcriptionnelle des gènes impliqués lors de différents stades de la reproduction sexuée chez les plantes et nous a permis de mieux comprendre ces étapes.

Actin cytoskeleton regulates pollen tube growth and tropism

La fertilisation chez les plantes dépend de la livraison des cellules spermatiques contenues dans le pollen à l’ovule. Au contact du stigmate, le grain de pollen s’hydrate et forme une protubérance, le tube pollinique, chargé de livrer les noyaux spermatiques à l’ovule. Le tube pollinique est une cellule à croissance rapide, anisotrope et non autotrophe; ainsi tout au long de sa croissance à travers l’apoplaste du tissu pistillaire, le tube pollinique puise ses sources de carbohydrates et de minéraux du pistil. Ces éléments servent à la synthèse des constituants de la paroi qui seront acheminés par des vésicules de sécrétion jusqu’à l’apex du tube. Ce dernier doit aussi résister à des pressions mécaniques pour maintenir sa forme cylindrique et doit répondre à différents signaux directionnels pour pouvoir atteindre l’ovule. Mon projet de doctorat était de comprendre le rôle du cytosquelette dans la croissance anisotrope du tube pollinique et d’identifier les éléments responsables de sa croissance et de son guidage. Le cytosquelette du tube pollinique est composé des microfilaments d’actine et des microtubules. Pour assurer une bonne croissance des tubes polliniques in vitro, les carbohydrates et les éléments de croissance doivent être ajoutés au milieu à des concentrations bien spécifiques. J’ai donc optimisé les conditions de croissance du pollen d’Arabidopsis thaliana et de Camellia japonica qui ont été utilisés avec le pollen de Lilium longiflorum comme modèles pour mes expériences. J’ai développé une méthode rapide et efficace de fixation et de marquage du tube pollinique basée sur la technologie des microondes. J’ai aussi utilisé des outils pharmacologiques, mécaniques et moléculaires couplés à différentes techniques de microscopie pour comprendre le rôle du cytosquelette d’actine lors de la croissance et le tropisme du tube pollinique. J’ai trouvé que le cytosquelette d’actine et plus précisément l’anneau d’actine localisé dans la partie sub-apicale du tube est fortement impliqué dans la croissance et le maintien de l’architecture du tube à travers le contrôle de la livraison des vésicules de sécrétion. J’ai construit une chambre galvanotropique qui peut être montée sur un microscope inversé et qui sert à envoyer des signaux tropistiques bien précis à des tubes polliniques en croissance. J’ai trouvé que les filaments d’actine sont impliqués dans la capacité du tube pollinique à changer de direction. Ce comportement tropistique dépend de la concentration du calcium dans le milieu de croissance et du flux de calcium à travers des canaux calciques. Le gradient de calcium établi dans le tube pollinique affecte l’activité de certaines protéines qui se lient à l’actine et dont le rôle est la réorganisation des filaments d’actine. Parmi ces protéines, il y a celles de dépolymérisation de l’actine (ADF) dont deux spécifiquement exprimées dans le gamétophyte mâle d’Arabidopsis (ADF7 et ADF10). Par marquage avec des proteins fluorescents, j’ai trouvé que l’ADF7 et l’ADF10 ont des expressions différentielles pendant la microsporogenèse et la germination et croissance du tube pollinique et qu’elles partagent entre elles des rôles importants durant ces différents stades.

Caractérisation de l’ubiquitin-fold modifier (UFM1) dans un modèle C. elegans

L’ubiquitin-fold modifier (UFM1) fait partie de la classe 1 de la famille de protéine ubiquitin-like (Ubl). UFM1 et Ub ont très peu d’homologie de séquence, mais partagent des similarités remarquables au niveau de leur structure tertiaire. Tout comme l’Ub et la majorité des autres Ubls, UFM1 se lie de façon covalente à ses substrats par l’intermédiaire d’une cascade enzymatique. Il est de plus en plus fréquemment rapporté que les protéines Ubls sont impliquées dans des maladies humaines. Le gène Ufm1 est surexprimé chez des souris de type MCP développant une ischémie myocardique et dans les îlots de Langerhans de patients atteints du diabète de type 2. UFM1 et ses enzymes spécifiques, UBA5, UFL1 et UFC1, sont conservés chez les métazoaires et les plantes suggérant un rôle important pour les organismes multicellulaires. Le Caenorhabditis elegans est le modèle animal le plus simple utilisé en biologie. Sa morphologie, ses phénotypes visibles et ses lignées cellulaires ont été décrits de façon détaillée. De plus, son cycle de vie court permet de rapidement observer les effets de certains gènes sur la longévité. Ce modèle nous permet de facilement manipuler l’expression du gène Ufm1 et de mieux connaître ses fonctions. En diminuant l’expression du gène ufm-1 chez le C.elegans, par la technique de l’ARN interférence par alimentation, nous n’avons observé aucun problème morphologique grave. Les vers ressemblaient aux vers sauvages et possédaient un nombre de progéniture normal. Cependant, les vers sauvage exposés à l’ARNi d’ufm-1 vivent significativement moins longtemps que les contrôles et ce, de façon indépendante de la voie de signalisation de l’insuline/IGF. Chez le C. elegans la longévité et la résistance au stress cellulaire sont intimement liées. Nous n’avons remarqué aucun effet d’ufm-1 sur le stress thermal, osmotique ou oxydatif, mais il est requis pour la protection contre le stress protéotoxique. Il est également nécessaire au maintien de l’intégrité neuronale au cours du vieillissement des animaux. L’ensemble de nos données nous renseigne sur les fonctions putatives du gène Ufm1.

Diversité des champignons endophytes mycorhiziens et de classe II chez le pois chiche, et influence du génotype de la plante

réalisé en cotutelle avec la Faculté des Sciences de Tunis, Université Tunis El Manar.