10/07/2019 Développement des plantes vasculaires Rôle des hormones Pr. Bendriss Amraoui M. [email protected] 1 10/07/2019 Rôle des hormones I- L’auxine = AIA a- élongation cellulaire = Auxèse Des segments d'hypocotyle de soja sont placés dans l'auxanomètre et leur croissance en longueur enregistrée au cours du temps. La courbe bleue représente le témoin. Au moment indiqué par la flèche rouge, de l'auxine (AIA 10-5M) est ajoutée dans le milieu (courbe noire). On observe une augmentation remarquable de la vitesse de croissance après un temps de 2 latence de 15 à 20 minutes. 10/07/2019 Rôle des hormones La même expérience est réalisée en enregistrant le pH du milieu qui entoure les échantillons. On observe une baisse de pH (de 0,4 unités) après un temps de latence de 8 à 10 minutes. 3 10/07/2019 Rôle des hormones Dans cette expérience, les échantillons sont placés dans un milieu tamponné (pH 6,4). Au moment indiqué par la flèche rouge, le milieu est changé par un tampon acide (pH 4,5). On observe une augmentation immédiate de la vitesse d'élongation. • AIA déclenche une élongation et une acidification du milieu. 4 10/07/2019 Rôle des hormones 10/07/2019 • L’acidification Rôle des hormones de la matrice pecto-cellulosique de la paroi provoque: 1- Modification des liaisons hydrogènes entre les polymères de la paroi 2- Activation des enzymes glycosylhydrolases de la paroi 3- Activation des expansines, protéines qui s’intercale entre cellulose et xyloglucane, permettant le relâchement. 6 10/07/2019 Rôle des hormones 10/07/2019 Rôle des hormones 4- Déplacement de K+ vers le cytosol puis la vacuole Augmentation de P.O. vacuolaire Turgescence • La résistance de la paroi relâchée étant inferieure à la pression de turgescence étire la cellule alors sous la contrainte mécanique. 8 10/07/2019 Rôle des hormones Remarque: forme de la cellule résulte de l’orientation de l’extension de la paroi : • La 1- Cellule allongée: une différence d’extension des côtés par rapport aux pôles. Croissance polarisée 2- Cellule subsphérique: une résistance égale dans toutes les directions. Croissance non polarisée 9 10/07/2019 Rôle des hormones b- Phototropisme Molécules Des phototropismes positif et négatif : les feuilles se dirigent vers la lumière les racines s'en éloignent. 10 10/07/2019 Rôle des hormones EXPERIENCES de DARWIN (1881) Molécules 11 Rôle des hormones 10/07/2019 EXPERIENCES de WENT (1925) Molécules A la lumière A l’obscurité UNE REPONSE PHOTOTROPIQUE SANS LUMIERE !! 12 Rôle des hormones 10/07/2019 Test de l’hypothèse de destruction On place le bloc de gélose à la base du sommet de deux coléoptiles. L’un est exposé à la lumière, l’autre à l’obscurité. Molécules L’auxine diffuse dans le bloc de gélose. Que devrait-on trouver si l’hypothèse 1 est vraie ? Si la lumière détruit la moitié de l’auxine présente, alors le coléoptile devrait moins se courber. On observe la même courbure L’hypothèse 1 est rejetée 13 10/07/2019 Rôle des hormones QUEL COLEOPTILE VA-TIL LE PLUS SE COURBER ? Molécules LES CELLULES AYANT LES CONCENTRATIONS EN AUXINE LES PLUS FORTES S'ALLONGENT D’AVANTAGE 14 Hormones végétales 10/07/2019 Mécanisme : Lors d’un éclairement anisotrope, la flavine mononucléotide (FMN ) des cellules de l’apex absorbe les radiations bleues Fixation de la FMN à la phototropine de la MP Complexe FMN-phototropine s’autophosphoryle 15 Hormones végétales 10/07/2019 sur la face non éclairée, Complexe FMN-phototropine Autophosphorylation signaux intracellulaires une redistribution et accumulation de l’auxine sur la face non 16 éclairée 10/07/2019 Rôle des hormones II- Phytohormones & bg.ax. ax = ∑cellules meristematiques à l’aisselle des feuilles • Bg. • La croissance des bg.ax est stoppée. 17 10/07/2019 Rôle des hormones Expérience: a: plante intacte b: plante décapitée c: plante décapitée + AIA Molécules a - b: Le développement des bg.ax est inhibé par l’apex en activité. A - c: Le développement des bg.ax demeurait bloqué en présence 18 d’auxine. Comment AIA inhibe le bg.ax? Croissance Tige Bourgeon axillaire Racine [AIA] optimale nécessaire à l’allongement de la tige, est >>> à la [ ] nécessaire à la croissance du bg.ax 19 Comment AIA inhibe le bg.ax? Croissance Tige Bourgeon axillaire Racine Donc l’allongement de la tige inhibe la croissance du bg.ax 20 10/07/2019 Rôle des hormones Expérience: Molécules 21 Rôle des hormones 10/07/2019 1 2 3 Molécules 22 10/07/2019 Rôle des hormones Molécules 23 10/07/2019 Rôle des hormones Molécules 24 10/07/2019 Rôle des hormones • 1 corrélation existe entre l’inhibition du bg.ax et son contenu en a. abscissique (ABA). ABA de bg.ax de plants décapités <<< ABA de bg.ax de plants intacts. ABA du bg.ax est sous contrôle d’AIA du bg.ap. 1 application d’ABA ou de Cytokinine sur bg.ap lève inhibition du bg.ax. 25 10/07/2019 Rôle des hormones Molécules 26 Hormones végétales 10/07/2019 III- Phytohormones & racines Élongation & Ramification des racines active l’élongation des racines à très faible [….] ≤10-8 M. élongation • L’AIA aérienne 27 Rôle des hormones 10/07/2019 habituellement Par contre Il y a Initiation de racines secondaires par AIA produite dans la partie feuillée (feuille + bourgeon) qui assure le contrôle de ce type de racines. 28 10/07/2019 Rôle des hormones L’ablation des pointes de racines ou l’application d’antagonistes d’AIA Souvent Élongation des racines Donc : production d’AIA endogène des pointes de racines est suffisamment Élongation des racines. 29 10/07/2019 Rôle des hormones Conclusion • Élongation est contrôlée par AIA foliaire et racinaire • Ramification est contrôlée par AIA produite dans la partie feuillée 30 10/07/2019 Rôle des hormones Organogenèse Un équilibre des cytokinines et des auxines détermine ce qui se régénère 31 10 BA mg/L Cal Feuille F C T R Témoin 0 Racines 5 AIA Feuille Cal Témoin Racine 10/07/2019 Rôle des hormones IV- Phytohormones & tige Rappel: Phytomères •En botanique, un phytomère est une unité fonctionnelle constitutive d'une plante. La croissance de cette dernière est déterminée par la répétition et l'empilement des phytomères. •Les phytomères sont produits continuellement pendant toute la durée végétative d'une plante. Un phytomère est constitué typiquement d'un nœud à partir duquel se développe une feuille, d'un entrenœud, c'est-à-dire d'un segment de la tige compris entre deux nœuds successifs et d'un bourgeon axillaire situé à la 34 base de la feuille 10/07/2019 1- Allongement Rôle des hormones des phytomères • est assuré par une croissance subapicale, liée à l’activité auxinique sur les tissus sensibles à l’AIA. 35 10/07/2019 Hormones végétales • Les parties insensibles à l’AIA et les portions internodales sont soumises à l’action des Gibbérelline (GA) qui activent la multiplication cellulaire et stimulent l’élongation cellulaire 36 10/07/2019 Rôle des hormones • L’activité de l’AIA & GA est complétée par celles : du jasmonate qui stimule l’élongation cellulaire des brassinostéroïdes qui activent la multiplication et l’élongation cellulaires • L’ABA opère comme antagoniste des GA car il ralentit l’allongement des entrenœuds. 37 10/07/2019 2- Hormones végétales Formation de nouvelles unités végétatives • La néoformation des bourgeons est stimulée par CK en présence d’une faible [AIA]. • GA lève la dormance des bg.axs. • L’ABA & l’AIA avec un effet antagoniste de CK maintiennent les bourgeons en dormance. 38 10/07/2019 3- Rôle des hormones Croissance en épaisseur • est déterminée par la synergie CK-AIA qui Molécules active les divisions cellulaires du cambium dont les dérivés xylémiens se différencient sous l’influence de l’auxine seule. 39 10/07/2019 Rôle des hormones V. Phytohormones & feuille • Les feuilles mises en place au niveau des apex caulinaires croissent sous l’effet combiné de plusieurs phytohormones. • Les brassinostéroïdes tous comme l’auxine stimulent la prolifération et l’élongation des cellules lors de l’organogenèse foliaire. 40 10/07/2019 Rôle des hormones • L’action de l’auxine est différente selon les espèces; elle stimule : l’élongation des pétioles et ralentit la croissance du limbe chez les dicotylédones. l’élongation de la surface du limbe chez les monocotylédones. Cette action auxinique est renforcée par les GA, en synergie avec les CK. 41 10/07/2019 Rôle des hormones • Après la phase fonctionnelle de la feuille: CK intervient en retardant la chlorose. l’AIA ralenti le vieillissement foliaire et inhibe ainsi la chute foliaire. 42 Hormones végétales 10/07/2019 VI- Gravitropisme • La force de gravité, dirigée vers le centre de la Terre, a-t-elle des effets sur: La forme et la longueur des racines. L’ondulation (« waving ») L'inclinaison (« skewing »). • Ondulation: détecte et évite un obstacle • Inclinaison: la capacité à s'incliner lorsque les racines sont le long d'une surface verticale 43 En absence de gravité (B) mais en présence de lumière directionnelle les racines ont grandi dans la direction opposée, comme elles le font sur Terre. Néanmoins, l'angle d'inclinaison des plantes dans l'espace n'est pas le même que sur Terre. WS plus que Col-0 La taille des plantes est uniformément plus petite que celle des plantes terrestres des deux cultivars. • Les processus d'ondulation et d'inclinaison représentent deux phénomènes distincts. • D’autres tropismes comme pour l’oxygène et la température n’influencent pas l’inclinaison. plantes utilisent la gravité comme tropisme pour s'orienter vers la surface de la Terre. Mais la gravité n'est pas un paramètre essentiel ni pour l’orientation des racines, ni pour l'influence de la croissance des racines. • Les Depuis longtemps on a découvert que l’AIA joue un rôle dans le gravitropisme: Mécanisme d’action de l’AIA : Le repositionnement des statolithes mobiles modifie la perméabilité de la membrane plasmique. Ainsi, le calcium entre dans le cytosol où il active des protéines PIN, qui sont situées dans la membrane plasmique. Cette activation des PIN redistribue l’auxine dans les tissus de l’apex racinaire. 48 10/07/2019 Hormones végétales Mais es-ce que c’est tout ??: • L'acide abscissique (ABA) joue un rôle dans le gravitropisme racinaire et a mené à un débat intense sur la question de savoir si l'ABA agit de la même façon que l'auxine en traduisant le signal gravitationnel en direction radiculaire. • Bien que des progrès considérables aient été réalisés au cours des deux dernières décennies pour établir le rôle de l'auxine dans le gravitropisme racinaire, peu de progrès ont été réalisés dans la caractérisation du rôle de l'ABA dans ce processus. 49 10/07/2019 Hormones végétales En fait, les racines de plantes qui ont des niveaux indétectables d'ABA et qui présentent une réponse gravitropique normale ont soulevé de sérieux doutes quant à savoir si l'ABA joue un rôle quelconque dans le gravitropisme racinaire. 50 Données : •Lorsque les plants d'Arabidopsis sont cultivés dans une chambre fermée avec un gradient d'humidité, leurs racines s'éloignent de la région de potentiel hydrique inférieur. Cette réponse hydrotropique surmonte la réponse gravitropique. •Une forte concentration de KNO3 dans le milieu favorisant l’ondulation des racines. Une forte concentration de KNO3 a un effet négatif sur le gravitropisme racinaire et cet effet est dû en partie à la forte force ionique et en partie à cause Aux1-7: mutant déficient dans le du signal élevé de nitrate. transport/réponse à l’AIA . Aux1-7: mutant déficient dans le transport/réponse à l’AIA . Col: variété sauvage. Down-wards curvature: courbure vers le bas Up-wards curvature: courbure vers le haut. L'ABA affecte la fréquence avec laquelle les racines horizontales des mutants agravitropes se courbent vers le haut ou vers le bas sur le milieu sans ABA (-) et avec ABA (+). Les flèches indiquent la direction de la gravité. Les plants ont été germés et cultivés pendant 5 jours sur un milieu KNO3 faible, puis transférés dans du milieu ABA et ABA + (Han et al. 2009). Aux1-7: mutant déficient dans le transport/réponse à l’AIA . NPA: inhibiteur du transport de l’AIA. ABA: Acide Abscissique Effet du NPA sur les racines placées horizontalement et verticalement des mutants agravitropiques. L'effet négatif de l'ABA et du NPA sur le gravitropisme racinaire des mutants défectueux dans le transport de l’AIA suggère que l'ABA agit probablement de la même manière que NPA en inhibant le transport d'auxine (effet antagoniste de l’auxine?). Les marqueurs sensibles à l'auxine IAA2 :: GUS (e-g) et DR5GFP (k-m) dont l'expression est étroitement liée à l'auxine endogène sont utilisés chez les plantes aux1-7 pour vérifier si l’ABA agit de la même manière que NPA. • Les racines traitées à la NPA ont montré une augmentation de l'accumulation d'auxine dans le méristème racine (forte intensité de couleur vert fluorescent). • Cependant, malgré sa similitude avec le NPA dans la promotion l'agravitropisme racinaire, l'ABA n'a pas induit l'accumulation d'auxine dans le méristème racine (faible intensité de couleur vert fluorescent ), suggérant que l'ABA et le NPA agissent par différents mécanismes. • L’ABA ne semble pas inhiber le transport de l’auxine. Conclusion : L'ABA comme le nitrate joue un rôle opposé à celui de l'auxine et il est un régulateur négatif de la réponse gravitropique des racines d'Arabidopsis.
