Analyse protéomique de la tolérance au gel chez le trèfle rouge (Trifolium pratense L.)
Citation
Bertrand, A., Bipfubusa, M., Castonguay, Y., Rocher, S., Szopinska-Morawska, A., Papadopoulos, Y., Renaut, J. (2016). A proteome analysis of freezing tolerance in red clover (Trifolium pratense L.). BMC Plant Biology, [online] 16(1), http://dx.doi.org/10.1186/s12870-016-0751-2
Résumé en langage clair
La tolérance au gel est l’un des facteurs les plus importants qui déterminent la survie du trèfle rouge dans des conditions hivernales rigoureuses. La sélection au champ de la tolérance au gel est un processus long et coûteux en raison du caractère imprévisible des hivers d’essai. Dans ce contexte, nous avons mis au point un schéma de sélection récurrente entièrement réalisé à l’intérieur dans des chambres de croissance et des chambres de congélation pour identifier les plantes présentant une tolérance supérieure au gel. Après quatre cycles de sélection chez deux cultivars, nous avons évalué la tolérance au gel des plantes dans des conditions naturelles d’hivernage en janvier. Nous avons également analysé les changements dans la composition protéique des plantes acclimatées au froid et identifié les protéines associées à l’acquisition d’une tolérance supérieure au gel. Nos résultats démontrent clairement la capacité substantielle d’acclimatation au froid du trèfle rouge de -2 à -17 °C. Les deux groupes fonctionnels de protéines qui ont le plus augmenté en réponse à l’acclimatation au froid étaient les « protéines de réponse au stress », y compris les protéines de stockage des organes végétatifs, les déshydrines et les enzymes qui réduisent les molécules causant des dommages oxydatifs dans les cellules végétales, et les protéines du « métabolisme des glucides et de l’énergie », qui fournissent de l’énergie à la plante pour la repousse printanière. L’amélioration de la tolérance au gel par notre méthode de sélection était associée à l’accumulation différentielle d’un petit nombre de protéines dont l’expression est régulée par le froid, lesquelles différaient entre les deux cultivars. Le fait qu’un nombre limité de protéines aient varié de manière significative en réponse à la sélection récurrente laisse supposer qu’elles pourraient jouer un rôle important dans la détermination du niveau de tolérance au gel ou pourrait indiquer que la réponse à la sélection repose sur le faible accroissement de plusieurs protéines.
Résumé
©2016 Bertrand et coll. Contexte : L’amélioration de la tolérance au gel du trèfle rouge (Trifolium pratense L) augmenterait sa persistance en climat froid. Dans la présente étude, nous avons évalué la tolérance au gel et comparé la composition du protéome de sujets non acclimatés et acclimatés au froid de deux cultivars initiaux de trèfle rouge (Endure [E-TF0] et Christie [C-TF0]), ainsi que des populations issues de ces cultivars après trois (TF3) et quatre (TF4) cycles de sélection phénotypique récurrente pour une tolérance supérieure au gel. Par cette approche, nous voulions identifier les protéines associées à l’amélioration de la tolérance au gel du trèfle rouge. Résultats : La tolérance au gel, exprimée selon la température létale pour 50 % des plantes (TL50), a augmenté de façon marquée, passant d’environ -2 à -16 °C après l’acclimatation au froid. La sélection récurrente a permis une augmentation significative de 2 à 3 °C de la TL50 après quatre cycles de sélection récurrente. Nous avons eu recours à l’électrophorèse sur gel bidimensionnelle (2D-DIGE) pour étudier les variations de l’abondance des protéines. Une analyse en composantes principales fondée sur la méthode 2D-DIGE a révélé que la plus grande part de la variabilité dans l’ensemble de données sur les protéines était attribuable au traitement d’acclimatation au froid et que les deux sources génétiques présentaient une composition protéique différente à l’état acclimaté seulement. Les protéines de réserve des organes végétatifs (VSP), qui sont des réserves d’azote essentielles à la repousse des plantes, et les déshydrines comptaient parmi les changements les plus frappants dans la composition du protéome du collet des trèfles rouges acclimatés au froid. Un sous-ensemble de protéines a varié en abondance en réponse à la sélection, notamment une déhydrine dont l’abondance a augmenté chez les populations TF3 et TF4 comparativement à la population TF0 chez les plantes issues du cultivar Endure. Conclusion : La sélection récurrente effectuée à l’intérieur est une approche efficace pour améliorer la tolérance au gel du trèfle rouge. L’amélioration significative de la tolérance au gel par la sélection récurrente a été associée à l’accumulation différentielle d’un petit nombre de protéines dont l’expression est régulée par le froid et qui pourraient jouer un rôle important dans la détermination du degré de tolérance au gel.