Mécanismes cellulaires et moléculaires régissant le métabolisme des semences de céréales : rôle du réseau rédoxines-système antioxydant dans la prédiction de la qualité germinative, Cellular and molecular mechanisms governing the metabolism of the cereals seeds : role of the network antioxidant system/redoxins in the prediction of the germinative quality.
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Français
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Mécanismes cellulaires et moléculaires régissant le métabolisme des semences de céréales : rôle du réseau rédoxines-système antioxydant dans la prédiction de la qualité germinative, Cellular and molecular mechanisms governing the metabolism of the cereals seeds : role of the network antioxidant system/redoxins in the prediction of the germinative quality.

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Description

Sous la direction de Roland Cazalis
Thèse soutenue le 16 juillet 2010: INPT
Une meilleure compréhension de la physiologie de la semence des céréales constitue certainement un moyen pour améliorer et développer de nouvelles variétés capables de correspondre aux besoins économiques et écologiques du moment. Les rédoxines constituent des marqueurs intéressants pour appréhender la qualité technologique et germinative du grain de blé en particulier. Le criblage des banques de données a permis d’isoler des isoformes de ces rédoxines. Cette étude a confirmé l’implication des thiorédoxines dans la réduction des protéines de réserve du blé et de maïs. Elle a permis de mettre en évidence un autre rôle de certains isoformes de thiorédoxines h dans la formation de polymères de hauts poids moléculaires. L'inhibition de l’expression de gènes par interférence ADN montre que les thiorédoxines et les glutarédoxines sont impliquées dans la protection contre le stress oxydatif chez le blé. De même, l'application d’un stress biotique simulé par la laminarine a permis de discriminer l'implication de différents marqueurs du stress, et de montrer en particulier que la 1-Cys-Prx peut être considérée comme un indicateur de l'état redox du grain pendant la germination. La mise en place d’une méthode simple et efficace de transformation des céréales via Agrobacterium, constitue un moyen pour comprendre davantage le rôle de ces rédoxines dans la gestion des stress, et les éventuelles conséquences sur la qualité technologique du grain.
-Qualité germinative
-Rédoxines
-Thiorédoxines
-Glutarédoxines
-Peroxyrédoxines
-Marqueurs
-Stress oxydatif
-Stress biotique
-Transformation de plantes
A better understanding of the physiology of seed cereal constitutes certainly a means to improve and develop new varieties capable of corresponding to the actual economic and ecological needs. Redoxins are interesting markers to apprehend the technological and germinative quality of wheat seed in particular. The screening of data banks allowed isolating isoforms of these redoxins. This study confirmed the implication of thioredoxins in the reduction of storage proteins in wheat and corn seeds. It allowed to bring to light another role of some thioredoxins h isoforms in the formation of high molecular weights polymers. The inhibition of the expression of genes by DNA interference shows that thioredoxins and glutaredoxins are involved in the protection against oxidative stress in wheat. Also, the application of a biotic stress simulated by laminarin allowed to discriminate the implication of various stress markers, and to highlight in particular that the 1-Cys-Prx can be considered as an indicator of the redox state of the grain during germination and seedling. The implementation of a simple and effective method of transformation of cereal via Agrobacterium constitutes a means to understand more on the role of these redoxins in the management of the stress, and the possible consequences on the technological quality of the seed.
-Germinative quality
-Redoxin
-Thioredoxin
-Glutaredoxin
-Peroxiredoxin
-Molecular Markers
-Oxidative stress
-Biotic stress
-Laminarin
-Transgenic plant.
Source: http://www.theses.fr/2010INPT0130/document

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Informations

Publié par
Nombre de lectures 293
Langue Français
Poids de l'ouvrage 3 Mo

Exrait

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$ÏLIVRÏPAR
InstitutNationalPolytechniquedeToulouse(INPToulouse)
Pathologie,Toxicologie,Génétique&Nutrition
AbderrakibZAHID
vendredi16juillet2010
4ITRE
Mécanismescellulairesetmoléculairesrégissantlemétabolismedes
semencesdecéréales:Rôleduréseaurédoxines-Systèmeantioxydantdansla
prédictiondelaqualitégerminative
*529
Pr.AhmedLebrihi,Directeurdel'ENSAT,Toulouse,Président
Pr.JeanDaydé,Directeurdelarechercheàl'EIP,Examinateur
Dr.FrançoiseMontrichard,Maîtredeconférences,Universitéd'Angers,Examinateur
DrRolandCazalis,Enseignant-Chercheuràl'EIP,Toulouse,
%COLEDOCTORALE
SciencesEcologiques,Vétérinaires,AgronomiquesetBioingénieries(SEVAB)
5NITÏDERECHERCHE
Laboratoired'AgrophysiologiedeL'Ecoled'IngénieursdePurpan,Toulouse
$IRECTEURSDE4HÒSE
Dr.RolandCazalis
2APPORTEURS
Dr.FrédéricGaymard,DirecteurderechercheINRA,Montpellier
Dr.JeanPhilippeReichheld,ChargédeCNRS,Perpignon
A la mémoire de ma Grande Mère et de mon Père






















A ma Mère
A mes frères et sœurs
A toute ma famille


Que ce travail soit le leur

1
Remerciements
Bien que cette page soit très ordinaire, elle a pourtant une importance capitale. A titre
personnel, je suis heureux d’avoir l’occasion ici d’exprimer ma gratitude vis-à-vis de
personnes qui ont eu un rôle réel ou relatif à ma thèse. J’espère que les mots que je m’apprête
à écrire réussiront à retranscrire fidèlement mes sentiments à leur égard.
Les recherches qui font l’objet de cette thèse ont été menées au sein du Laboratoire
d’Agro-Physiologie de l’Ecole d’Ingénieurs de Purpan (EIP), dirigé par le Professeur
Vassilia Thiodorou-Bayle.
Mes premiers remerciements vont à Mme Vassilia Thiodorou-Bayle, professeur à l’EIP
pour m’avoir accueilli au sein de son équipe. Je la remercie aussi pour son soutien tout au
long de ma thèse.
Je tiens à exprimer mes remerciements à Mr Roland Cazalis, Enseignant-Chercheur à
l’Ecole d’Ingénieurs de Purpan et Directeur de thèse. Il a su me faire bénéficier de son
expérience. Je le remercie pour son suivi tout au long de cette thèse, et pour la confiance qu’il
m’a toujours témoignée en m’accordant une grande autonomie.
Aux membres du jury : Mr Ahmed Lebrihi, président du jury de cette thèse, Professeur et
Directeur de l’Ecole National Supérieure Agronomique de Toulouse. Qu’il soit ici remercié
pour avoir accepté cette tâche et pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail.
Je remercie également Mr Frédéric Gaymard, Directeur de recherche à l’INRA de
Montpellier et Mr Jean Philippe Reichhled, Chargé de recherche au CNRS à Perpignon
d’avior bien voulu examiner ce travail de recherche en qualité de rapporteurs et de l’honneur
qu’il m’ont fait en participant à ce jury.
Je remercie Mme Françoise Montrichard, Maître de conférences à l’université d’Angers et
Mr Jean Daydé, Directeur de la recherche à l’Ecole d’Ingénieurs de Purpan, d’avoir bien
voulu examiner cette thèse en qualité d’examinateurs.
Aux membres du comité de pilotage de la thèse : Mme Florence Vignols et Mr Ahmed
Lebrihi pour leur présence et pour l’aide qu’ils m’ont apporté à travers des discussions que
nous avons eu pendant les réunions de comité de pilotage de la thèse.
A la direction de l’EIP : Un grand merci au membre de direction de l’école d’ingénieurs de
purpan. Mr Michel Roux, directeur général. Mme Viviane Sassus, directeur financié. Mme
Françoise Fraysse, reponsable de personnel. Je les remercie pour le soutien financié. Je
remercie également Latifa Sounni et Khadija El ouasqui pour leur symphatie et leur intérêt
pour la réussite de cette thèse. Mes remerciements vont à tous le personnel de l’EIP que j’ai
côtoyé tous les jours.
2
Au conseil régional de Midi-pyrénées : d’avoir soutenu ce projet de recherche. Grâce a sa
contribution financière, ce projet a pu voir le jour.
Je tiens également à remercier :
Aux stagiaires: Benoit Strauss éléve ingénieur de l’EIP d’avoir contribué à la réussite
de ce travail. Samia Afoulous pour son implication dans la mise en place des travaux
d’inteférence ADN.
A tous les membres du laboratoire d’Agrophysiologie de l’EI Purpan: Mesdames Anne
Calmon, Monique Berger, Cécile Levasseur, Nathalie Mailhac, Messieurs Frédéric Violleau
et Olivier Surel. A Alban Jacques, depuis son arrivée, il a contribué à la réussite de ce travail,
je le remercie tout particuliérement.
A Mireille Gaucher, à qui j’exprime mes profonds remerciements pour, son amitié, sa
gentillesse et sa disponibilité. Merci à Christel Couderc, Cheryl Arkhat et Céline Arliguie
pour leur sympathie et leur joie de vivre.
Ma sympathie et ma profonde amitié vont à mes collègues Thésards, Marie-Pierre
Artigot, Khalid Rbii, Marc Bourgin et Jérôme pouzoulet, pour leur gentillesse, leur humour et
leur joie de vivre.


















3
Les travaux présentés dans cette thèse ont donné lieu aux publications, communications et
posters suivants:
Articles, Proceeding et Chapitre de livre:

 Zahid. A, Gabarrou. J.F Cazalis. R. Reducing and Cross-Linking wheat seed
storage proteine with thioredoxin h". 2007.. R. Proceeding, Consumer Driven Cereal
innovation. ISBN 978-1-891127-61-8.
 Zahid. A and Cazalis. R. Interaction of thioredoxin h with Maize endosperm protein
fractions", In Plantas C4 y CAM, Ed. J. L. Gonzalez Rebollar, Editorial: Servicio de
Publicaciones del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) con la
colaboración de la Fundación.
 Zahid. A, Afoulous. S and Cazalis. R. Thioredoxin h system and wheat seed quality.
Cereal Chemistry. 2008, 85 (6):799-807.
 Zahid. A, Traverso. JA, Gabarrou. JF and Cazalis. R. Implication of Trx h in
formation of high molecular weight protein. Cereal chemistry (Soumis).
 Zahid. A, Travesro. J.O and Cazalis. R. Efficient transformation of cereal mediated
by Agrobacterium. Plant Cell Reports (Soumis).
 Zahid A, Traverso, J.A Cejudo FJ, and Cazalis R. Redoxin gene expression pattern
of wheat seed at the early stage of germination. Journal of Experimental Botany (En
préparation).
Communications orales ou affichées

 Zahid, A, Gabarrou, J.F and Cazalis, R. Reducing and Cross-linking wheat seed
storage proteins with thioredoxin h" C&E Spring Meeting, Consumer Driven Cereals
Innovation: Where Science Meets Industry, Montpellier, France, 2-4 Mai 2007.
 Zahid, R and Cazalis, R. Thiol protein expression during germination and biological
quality of wheat seed" International symposium Glutathion and related thiols in
microorganisms and plants. Nancy, France, 26-29 Août 2008.
 Zahid, A and Cazalis, R. Looking for a physiological critical point during
germination of wheat seed under water stress conditions" Environment Workshops
Plant Biomass for Food and Energy: Future and Reality. Baeza, Spain, 9-11 Octobre
2008.
4
 Zahid, A and Cazalis, R. Méthode simplifiée de transformation du blé via
Agrobacterium tumefaciens", 2ème colloque national du réseau français de biologie
des graines, Graines 2009, Paris. France, 4-5 Juin 2009.
 Zahid, A, Peton, A, Pagano, E, Violleau, F and Cazalis, R. Seed germination and
ROS production in cereal", GDR Redoxins meeting, Redoxins 2009, Perpignan,
France, 19-21 Août 2009.




























5
Liste des abbreviations
APX: Ascorbate peroxydase
CAT: Catalase
DICER: (RNA Interference Key Enzyme)
DTT: Dithiotreithol
FAD: Flavine Adénine Dinucléiotide
FTR: Ferredoxine Thioredoxine Réductase
GeADN: gène entier d’ADN
GR: Glutathion réductase
GRX: Glutaredoxine
GSH: Glutathion réduit
GSSG: Glutathion oxydé
LTP-1: Lipid Transfer Protein-1
mBBr: Monobromobimane
NTR: NADPH Thioredoxine Réductase
NTS: NADPH Thioredoxine Système
PCD: Programmed Cell Death
PDI: Protien Disulfide isomèrase
PER ou PRX: Peroxyrédoxine
POX: Peroxydase non-spécifique
PR.1.1: Pathogenesis Related
RISC: RNA-induced Silencing Complex
RNAi: RNA Interference
ROS: Espèce réactives de l’oxygène
SDS-PAGE: Electrophorèse sur Gel de Polyacrylamide en milieu SDS
SG-HPM: Sous-unité gluténique de Haut poids moléculaire
SG-FPM: Sous-unité Gluténique de Faible poids moléculaire
SiADN: Séquence interfering DNA
SOD: Superoxyde dismutase
TIGR: The Institute For Genomic Research
TRX: Thioredoxine
WDEIA: Wheat-dependent, exercise-induced anaphylaxis


6














Partie I
Sommaire












7
Sommaire

Sommaire ............................................................................................... 7
Introduction générale ......................................... 12
1 Structure de la plante et protéines du grain de blé ..................... 17
1.1 Physiologie .................................................................................................... 17
1.2 Protéines de réserve du blé tendre .............................. 18
1.3 L’amidon du blé ........................................................................................... 20
1.4 Qualité germinative du blé tendre .............................. 21
2 Implication des rédoxines dans les phénomènes de régulation . 22
2.1 Thiorédoxines ............................................................................................... 23
2.1.1 Le système thiorédoxine h .................................................... 24
2.1.2 Rôles des thiorédoxines h ..................................................... 27
2.1.3 Thiorédoxines chloroplastiques ............ 30
2.1.4 Thiorédoxines f et m dans les tissus non photosynthétiques ................................ 32
2.2 Glutarédoxines .............................................................................................. 34
2.2.1 Glutarédoxines : fonctions et cibles ..................................... 35
2.2.2 Les GRL (Glutaredoxine Like Protéine) 36
2.3 Peroxyrédoxines ........................................................................................... 37
2.3.1 Classification ........................................ 37
2.3.2 Fonctions des peroxyrédoxines dans les plantes .................. 39
2.4 Les éléments du système antioxydant ......................................................... 40
2.4.1 Superoxyde dismutase (SOD) .............................................................................. 41
2.4.2 Ascorbate peroxydase (APX) ............... 41
2.4.3 Catalase (CAT) ..................................................................................................... 42
2.4.4 Glutathion (GSH) . 43
2.4.5 Glutathion réductase (GR) et peroxydase non-spécifique (POX) ........................ 44
2.5 L’allergénicité des protéines de réserve ..................................................... 45
8
Sommaire

Objectif ................................................................................................ 48
Résultats .............................. 61
CRIBLAGE DES REDOXINES DU BLE ................................................... 62
1 Matériels et méthodes ................................................................... 63
1.1 Criblage de banque EST du blé .. 63
1.2 Criblage de l’ADNc Soissons ....................................... 64
2 Résultats et discussion .................................. 64
2.1 Résultats des recherches de Trx h dans les banques EST ........................ 64
2.2 Comparaison de la Trx h4 avec la Trx h2 standard. ................................ 67
2.3 Résultats des recherches de Grx dans les banques EST ........................... 70
2.4 Résultats des recherches de Prx dans les banques EST 73
2.5 Expression des protéines recombinantes ................................................... 73
2.5.1 Matériels et méthodes ........................................................... 73
2.5.2 Résultats ............................................................................................................... 74
INTERACTIONS TRX H-PROTEINES DE RESERVE DU BLE (CV
SOISSONS) ............................................................................................ 77
REDUCING AND CROSS-LINKING WHEAT SEED STORAGE PROTEINS WITH
THIOREDOXIN H ....................................... 79
EFFET D’UN ELICITEUR SUR L’EXPRESSION DES MARQUEURS DU
SYSTEME MODELE LORS DES PREMIERES PHASES DE LA
GERMINATION DU BLE ........................................................................ 87
3 Matériels et méthodes ... 90
9