Photoprotection médiée par la lutéine de la machinerie photosynthétique chez Arabidopsis thaliana exposée à un faible rayonnement ultraviolet B chronique

Citation

Biswas, D.K., Ma, B.L., Xu, H., Li, Y., Jiang, G. (2020). Lutein-mediated photoprotection of photosynthetic machinery in Arabidopsis thaliana exposed to chronic low ultraviolet-B radiation. Journal of Plant Physiology, [online] 248 http://dx.doi.org/10.1016/j.jplph.2020.153160

Résumé en langage clair

La réponse des plantes aux rayonnements UV dépend de la nature des traitements UV-B et du degré d’adaptation et d’acclimatation des plantes aux UV-B. Des études ont montré que le rapport des caroténoïdes totaux à la chlorophylle peut diminuer ou augmenter chez les plantes exposées aux UV-B. On constate généralement que la concentration de -carotène augmente et diminue chez les plantes exposées aux UV-A et aux UV-B élevés, respectivement. De même, l’exposition de la plante aux seuls UVA augmente la concentration de caroténoïdes totaux, tandis que l’exposition de la plante à de faibles concentrations d’UV-B diminue la concentration de caroténoïdes totaux chez certains écotypes d’Arabidopsis. Les rapports de recherche disponibles sur les effets d’une faible quantité d’UV-B sur Arabidopsis thaliana montrent une réduction du diamètre des rosettes et de la longueur de l’inflorescence, mais une augmentation du nombre de tiges florifères, ce qui indique que le traitement chronique à faible intensité d’UV-B entraîne principalement une redistribution des ressources plutôt que l’arrêt de la production. de croissance. Même si une faible dose d’UV-B n’a pas d’effet significatif sur la croissance, elle peut modifier le métabolisme des espèces réactives de l’oxygène (ERO) par une régulation à la hausse des enzymes de la voie des phénylpropanoïdes et des systèmes anti-oxydatifs. Cela peut entraîner des changements dans la teneur, la composition et les fonctions des caroténoïdes, y compris les pigments du cycle xanthophylle, et donc dans la tolérance des plantes aux UV-B. Dans le cadre de cette recherche, nous avons émis l’hypothèse qu’une faible quantité d’UV-B pourrait modifier le profil des caroténoïdes, ce qui peut moduler la récolte de la lumière et la photoprotection du PSII chez les plantes. En plus de la faible intensité des UV-B, un faible rayonnement photosynthétiquement actif (RAP) est également utilisé dans la présente étude, car il semble que les intensités élevées de PAR modifient les changements dans l’expression des gènes. Dans la présente étude, nous avons constaté que l’exposition chronique de plantes à des rayons UV-B faibles pendant 10 jours n’avait aucun effet défavorable sur la fonction du PSII ni sur la croissance des plantes. Malgré l’absence de stress UV-B visible, les plantes ont présenté des réactions d’acclimatation différentielles aux traitements chroniques par rayonnement en termes d’induction de composés phénoliques et de profil de caroténoïdes. Les plantes élevées au régime PAR+UV-A+B ont présenté une induction plus élevée de composés phénoliques totaux que celles élevées à la fois au régime PAR+UV-A et au régime PAR seulement. Une plus grande accumulation de violaxanthine et de néoxanthine a été observée chez les plantes cultivées sous PAR+UV-A et PAR+UVA+B que chez celles cultivées sous PAR seulement. Nous avons constaté que les concentrations de lutéine, de 9-cis -carotène et de -carotène total étaient plus élevées chez les plantes élevées en RAP+UV-A+B que chez celles élevées en RAP et en RAP +UV-A.

Résumé

Il a été signalé que les faibles UV-B pertinents sur le plan écologique modifient le métabolisme des espèces réactives de l’oxygène et les systèmes anti-oxydatifs par le biais d’une régulation à la hausse des enzymes de la voie des phénylpropanoïdes. Cependant, on en sait peu sur les changements du profil des caroténoïdes induits par les faibles UV-B et leurs effets sur la récolte de la lumière et la photoprotection du photosystème II (PSII) chez les plantes. Nous avons étudié le profil des caroténoïdes, les pigments chlorophylliens, les composés phénoliques, l’efficacité de la photosynthèse et la croissance chez des Arabidopsis thaliana (Col-0) cultivées sous des régimes de rayonnement photosynthétique actif (RAP), de rayonnement PAR+ ultraviolet (UV)-A et de PAR+UV-A+B pendant 10 ans. jours afin d’évaluer l’acclimatation des plantes aux faibles rayonnements UV-B. Nous avons utilisé une épreuve de fluorescence chlorophyllienne pour examiner la tolérance aux UV-B de plantes exposées à des rayons UV-B élevés pendant 4 et 6 h après une croissance de 10 jours sous différents régimes de RAP et d’UV. Nous avons constaté que les régimes PAR+ UV-A et PAR+UV-A+B n’avaient aucun effet négatif sur l’efficacité quantique, le taux de transport des électrons, le diamètre des rosettes, le taux de croissance relatif et le poids sec des pousses des plantes. Un régime PAR+ UV-A chronique a considérablement augmenté (P < 0,05) la teneur en violaxanthine (26 %) et en néoxanthine (92 %). L’exposition chronique des plantes au PAR+UV-A+B a entraîné une augmentation significative (P < 0,05) de la violaxanthine (48 %), de la néoxanthine (63 %), de la lutéine (33 %), du 9-cis-ß-carotène (28 %), du - total. carotène (29 %) et composés phénoliques totaux (108 %). Nous avons constaté que l’efficacité photochimique maximale (Fv/Fm) dans les feuilles présentait une corrélation positive avec les composés phénoliques totaux (rho = 0,81 et rho = 0,91, P < 0,05 pendant 4 et 6 h, respectivement) et l’extinction non photochimique (qN) (rho = 0,81 et rho = 0,84, P < 0,05 pendant 4 et 6 h, respectivement) chez des plantes exposées à des concentrations aiguës d’UV-B pendant 4 et 6 h après une croissance de 10 jours dans des conditions chroniques de PAR+UV-A+B. Il y avait aussi une corrélation positive significative (rho = 0,93, P < 0,01) entre le qN et la teneur en lutéine chez les plantes exposées à un stress UV-B élevé pendant 4 h après l’exposition chronique des plantes au PAR+UV-A+B. Les résultats de notre étude indiquent que les plantes cultivées dans des conditions chroniques de PAR+UV-A+B présentaient une meilleure photoprotection du PSII contre un stress UV-B élevé que ceux cultivés sous des régimes de PAR et de PAR+ UV-A. L’induction de composés phénoliques et le développement de qN par l’intermédiaire de la lutéine ont joué un rôle dans la photoprotection du PSII contre le stress oxydatif induit par les UV-B.