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Doctorat Seed Priming Lilya Boucelha

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Compréhension des mécanismes
régissant l’endurcissement de
graines de Vigna unguiculata

Strategies to enhance the germination, growth and development of plant species have been studied for many
years. Priming or hardening is one of the most famous strategies of pre-sowing to influence seedling
development by modulating the metabolic activities of germination before the breakthrough of the radicle
(reversible stages of germination). The hardening consists of incorporating an osmotic seed treatment
(osmopriming) or hormonal (hormopriming) and/or a redehydratation (hydropriming) that allows dormancy,
homogenization (synchronization) of germination, better growth, earlier flowering and a stronger tolerance to
abiotic stresses such as drought and salinity.
Our work is in line with this perspective and aims to study the consequences of hydropriming and osmopriming
(by the PEG6000 at 10 and 30%) on cowpea seeds (Vigna unguiculata) germination and vigor and the
understanding of the mechanisms governing the priming at the embryonic level (cotyledons, radicle and
gemmule).The results show that the hardness allows a faster and more uniform germination and a better growth
of both radicle and aerial parts in favorable and unfavorable conditions (water stress). We also demonstrated that
a double redehydration was more effective in improving these parameters compared to other treatments. On the
other hand, our study shows that seed priming treatments, specifically the double redehydration, cause metabolic
and biochemical changes such as hydrolysis of reserves, high production of amino acids and soluble sugars with
changing on their composition. Our study has shown that these particular prégermination treatments, including
double hydropriming, induces higher production of reactive oxygen species, ROS (superoxide and H2O2) and a
strong activation of anti-oxidative systems (ascorbate peroxidase, catalase and guaiacol peroxydase), particularly
in the gemmule. These results confirm the role of ROS in the germination process and partially explain the
mechanisms involved in the phenomena of osmopriming and hydropriming. To validate our results, we applied
water stress by watering stop, to plants from treated seed. The results showed that prégermination treatments,
especially double hydropriming, provides more tolerance to water deficit.
Our study supports the conclusion that the double redehydration could be a very effective method for improving
crop production, especially in adverse water conditions.

Compréhension des mécanismes
régissant l’endurcissement de
graines de Vigna unguiculata

Strategies to enhance the germination, growth and development of plant species have been studied for many
years. Priming or hardening is one of the most famous strategies of pre-sowing to influence seedling
development by modulating the metabolic activities of germination before the breakthrough of the radicle
(reversible stages of germination). The hardening consists of incorporating an osmotic seed treatment
(osmopriming) or hormonal (hormopriming) and/or a redehydratation (hydropriming) that allows dormancy,
homogenization (synchronization) of germination, better growth, earlier flowering and a stronger tolerance to
abiotic stresses such as drought and salinity.
Our work is in line with this perspective and aims to study the consequences of hydropriming and osmopriming
(by the PEG6000 at 10 and 30%) on cowpea seeds (Vigna unguiculata) germination and vigor and the
understanding of the mechanisms governing the priming at the embryonic level (cotyledons, radicle and
gemmule).The results show that the hardness allows a faster and more uniform germination and a better growth
of both radicle and aerial parts in favorable and unfavorable conditions (water stress). We also demonstrated that
a double redehydration was more effective in improving these parameters compared to other treatments. On the
other hand, our study shows that seed priming treatments, specifically the double redehydration, cause metabolic
and biochemical changes such as hydrolysis of reserves, high production of amino acids and soluble sugars with
changing on their composition. Our study has shown that these particular prégermination treatments, including
double hydropriming, induces higher production of reactive oxygen species, ROS (superoxide and H2O2) and a
strong activation of anti-oxidative systems (ascorbate peroxidase, catalase and guaiacol peroxydase), particularly
in the gemmule. These results confirm the role of ROS in the germination process and partially explain the
mechanisms involved in the phenomena of osmopriming and hydropriming. To validate our results, we applied
water stress by watering stop, to plants from treated seed. The results showed that prégermination treatments,
especially double hydropriming, provides more tolerance to water deficit.
Our study supports the conclusion that the double redehydration could be a very effective method for improving
crop production, especially in adverse water conditions.

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Doctorat Seed Priming Lilya Boucelha

  1. 1. Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (U.S.T.H.B) Thèse de Doctorat 3ème cycle (LMD) En Sciences de la Nature et de la Vie Spécialité : Génétique, Physiologie Moléculaire et Microbiologie des Plantes. Juin 2015 Compréhension des mécanismes régissant l’endurcissement de graines de Vigna unguiculata Présenté par: Mlle. Lilya BOUCELHA Directeur de thèse: Dr. Réda DJEBBAR Faculté des Sciences Biologiques
  2. 2. INTRODUCTION Afin d’améliorer la production végétale et le rendement, plusieurs approches sont utilisées: L’adoption de techniques culturales adéquates La sélection de variétés tolérantes La création de génotypes modifiés par génie génétique (OGM) Actuellement, afin d’améliorer la production végétale et la tolérance à certains stress une nouvelle approche est adoptée. Elle consiste à traiter les graines en prégermination par hydropriming et/ou osmopriming.
  3. 3. La germination est un terme qui désigne le passage de la semence d’une vie latente à un état actif en conditions favorables (Heller and al., 2000). La Germination
  4. 4. Dans un même lot de semences Patrimoine génétique Taille des graines Quantité des réserves Stade de maturité Position des graines sur la plante mère et dans le fruit Etat physiologique de la plante mère Hétérogénéité de germination
  5. 5. Les phases de germination Au cours de la phase réversible, la semence peut être redéshydratée sans être affectée (aucun dommage) Application du traitement prégerminatif Ou Priming Ou Amorçage
  6. 6. Hydropriming Hydratation partielle (imbibition avec de l’eau) Redéshydratation (avant l’émergence de la radicule) Réhydratation + Germination Traitements prégerminatifs Osmopriming Traitement Osmotique Hydropriming Amorçage hydrique ou Redéshydratation Hormopriming Traitement Hormonal
  7. 7. Hydratation avec une solution osmotisante (PEG, KNO3, NaCl, KCl, Mannitol,…….) Réhydratation avec de l’eau + Germination Redéshydratation (avant l’émergence de la radicule) Ou + Hydratation avec de l’eau + Germination Osmopriming
  8. 8. (Bradford, 1986; Gelormini, 1995; Fabunmi et al., 2012; Ghasemi-Golezani et al., 2012; 2013; 2014; Mehri, 2015; Krainart et al., 2015). Une germination homogène (synchronisée) et rapide Levée de la dormance Meilleure croissance Une floraison plus précoce Augmentation du rendement Obtention des cultures uniformes Obtention des plantes plus tolérantes aux stress abiotiques Les effets bénéfiques des traitements prégerminatifs
  9. 9. L’endurcissement des semences provoque des modifications biochimiques, physiologiques, moléculaires et génétiques. L'accumulation de composants de signalisation latents qui seront utilisés lors d’une nouvelle exposition à un stress Ces mécanismes moléculaires permettent aux plantes de mémoriser les événements d'amorçage précédents et de générer, ensuite, des empreintes de mémoire. (Bruce et al., 2007). Contrôle épigénétique Méthylation de l’ADN
  10. 10. La nouvelle théorie de la fenêtre oxydative pour la germination proposée par Bailly et ses collaborateurs (2008) pourrait également expliquer l’amélioration des performances germinatives chez les semences amorcées. Signalisation cellulaire ERO Selon cette théorie le stress oxydatif est indispensable au déclanchement de la germination.
  11. 11. La formation endogène des ERO est une composante indissociable du métabolisme aérobie. Chloroplaste Réticulum endoplasmique Peroxysomes Mitochondrie Le Stress Oxydatif ERO Peroxydation des lipides Oxydation de l’ADN Oxydation des protéines Destruction cellulaire
  12. 12. Les Antioxydants Enzymatiques Superoxyde dismutases (SOD) 2 O2 - + 2 H+ H2O2 + O2 Catalases (CAT) 2 H2O2 2 H2O + O2 Glutathion peroxydases (GPx) ROOH + 2 GSH ROH + GSSG + H2O Ascorbate peroxydases (APX) H2O2 + 2 ascorbate 2 H2O + monodéhydroascorbate Gaiacol peroxydase (GPOX) 2H2O2 + 4 gaïacol (2méthoxy phénol) Tétragaïacol + 8H2O
  13. 13. Les Antioxydants Enzymatiques
  14. 14. Non Enzymatiques Vitamine C (Ascorbate) Vitamine E (α-tocophérol) Minéraux/ Oligo-éléments (Sélénium, Cuivre, Zinc) Caroténoïdes (béta-carotène, lycopène) Polyphénols (Flavonoïdes, Anthocyanes, Tanins,…) Polyamines/ Acides aminés (Proline) Résidus méthionine
  15. 15. Objectifs du travail Osmopriming (PEG) Hydropriming Double Hydropriming Traitements prégerminatifs des semences de Vigna unguiculata Effets sur la germination et la croissance Effets sur les aspects biochimiques et métaboliques ainsi que l’état redox Comprendre les mécanismes impliqués au phénomènes d’amorçage. Cotylédons Gemmule Radicule Effets sur la tolérance à une contrainte hydrique des plantes issues de ces graines Suivi de la longévité des graines redéshydratées 1 2 3 4 5
  16. 16. MATERIEL ET METHODES Matériel végétal: Vigna unguiculata (La dolique ou le haricot à œil noir) Origine: Madagascar Parties utilisées: Graines, Embryons et Feuilles Cinétique de germination de Vigna unguiculata (Haricot à œil noir) Radicules Cotylédons Gemmules Phase Réversible Application de l’amorçage Phase Irréversible 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h 28h 30h 32h 34h 36h % d'eau absorbée cumulée Temps (heures) Phase d’imbibition Phase de germination Phase de croissance
  17. 17. Témoin Aucun traitement 6h imbibition Imbibition seule 6h dans l’eau distillée Simple Hydropriming Imbibition dans l’eau distillée Osmopriming Imbibition dans le PEG Pas de Priming Priming ou Amorçage Double Hydropriming Imbibition dans l’eau distillée 10 % 30 % 3h 6h 3h 3h PEG 10% PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Les différents lots de graines +Redéshydratation +Redéshydratation +Redéshydratation 6h Abréviation
  18. 18. Étude des embryons témoins et traités Au niveau des Cotylédons, de la Radicule et de la Gemmule Glucides Acides Aminés Protéines totales Acides aminés totaux Proline libre Amidon Sucres solubles Bradford (1976) Rosen (1957) Magné et Larher (1992) Étude Qualitative Chromatographie sur couche mince Chromatographie sur couche mince Étude Qualitative Mc Cready (1950) Mc Cready (1950)
  19. 19. Étude de l’état redox des embryons témoins et traités Mesures des activités antioxydantes La catalase L’ascorbate peroxydase Anderson et al. (1995) Nakano et Asada (1981) La gaïacol peroxydase MacAdam et al. (1992) Analyses cytochimiques Par le DAB Thordal-Christensen et al.(1997) Détection du peroxyde d’hydrogène (H2O2) Détection de l’anion superoxyde (O2 -) Par le NBT Rao and Davis (1999)
  20. 20. Germination Étude de la germination et du taux de survie Étude de la croissance linéaire des radicules Étude de la croissance Des parties aériennes Mise en culture Graines traitées et témoins Arrêt d’arrosage 15 jours Croissance 15 jours Mise en pots En conditions normales « Favorables » En conditions stressantes PEG 20 % Étude des paramètres physiologiques du stress Plantules issues de graines témoins et traitées
  21. 21. RESULTATS ET DISCUSSION La Germination des différents types de graines en conditions Normales (favorables)
  22. 22. Imbibition de graines de Vigna unguiculata selon les différents traitements. La fin de la phase réversible. Germination des graines après 14 heures de mise en germination dans l'eau. La cinétique d’imbibition Témoin PEG 30% 3h Double hydro 6h hydro 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0h 4h 8h 12h 16h 20h 24h Temoin 6h Imbibition PEG 10% PEG 30% 3h hydro 3h double hydro 6h hydro % d’absorption de l’eau Temps (heures) I II III
  23. 23. Effets de différentes méthodes d'amorçage sur la germination des semences de Vigna unguiculata dans l'eau distillée. La vitesse et la capacité de germination 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 Control 6h imbibition 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro PEG 10% PEG 30% % de germination Jours 0 20 40 60 80 100 Témoin 6h imbibi PEG 10% PEG 30%3h hydro 6h hydro 3h double Traitements Capacité de germination (%) a b c c a b c Photos montrant la germination des semences au premier jour de la mise en germination.
  24. 24. La Germination et le Taux de survie En conditions Stressantes (PEG 20 %)
  25. 25. Effets de différentes méthodes d'amorçage sur la germination des semences dans le PEG à 20 % Effets de différentes méthodes d'amorçage sur le taux de survie des plantules issues des semences témoins et traitées mises à germer dans le PEG à 20 %. 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 Temoin 6h imbibition 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro PEG 10% PEG 30% % de germination Jours 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Taux de survie (%) Traitements prégerminatifs a b d c e f d +587.7 % +575.2 % La germination et le taux de survie dans le PEG à 20 %
  26. 26. La croissance linéaire des radicules
  27. 27. En conditions favorables et stressantes La croissance des radicules des plantules âgées de deux jours issues des semences de Vigna unguiculata témoins et traitées mises à germer dans l’eau. La croissance des radicules des plantules âgées de cinq jours issues des semences de Vigna unguiculata témoins et traitées mises à germer dans le PEG à 20 %. 0 2 4 6 8 10 Dans l'eau Dans le PEG à 20 % Témoin 6h imbibition PEG 10% PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Longueurs des radicules (cm) +106.35 % +293.85 % a a b c d e c a1 b1 b1 c1 b1 c1 d1
  28. 28. Ces résultats sont en accord aves plusieurs auteurs (Varier et al., 2010; Maroufi et al., 2011; Ahmed et al., 2012; Ghasemi-Golezani et al., 2012; 2013; 2014; Mehri, 2015; Krainart et al., 2015). Cependant, ce qui est totalement nouveau dans notre présente étude est l'application d'un nouveau type d'amorçage, qui est le double hydropriming, qui consiste à redéshydrater deux fois les semences. Nos résultats montrent que ce double hydropriming est meilleur qu'un simple hydropriming ou même qu'un osmopriming par PEG. Ceci pourrait être expliqué par le fait qu'une double redéshydratation permettrait de déclencher et de réguler des processus pré- germinatifs et d’induire, également, une forte activation de certains gènes responsables de la tolérance au stress. L’endurcissement permet l’amélioration des performances germinatives et la croissance du haricot à œil noir en conditions favorables et stressantes.
  29. 29. Étude biochimique à l’échelle de l’embryon
  30. 30. Protéines totales et Acides aminés totaux 0 20 40 60 80 100 120 Cotyledons Radicule Gemmule Temoin 6h imbibition PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneurs en protéines (mg.g -1 MVF) a b d c e f a1 b1 c1 d1 e1 f1 e2 d2 c2 b2 a2 a2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Cotyledons Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneurs en acides aminés (mg.g -1 MVF) +200 % +144.83 % +176.55 % a a b c d e a1 b1 e1 f1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 e2 f2 -34.8 % -31.75 % -45.75 %
  31. 31. Teneurs en proline libre Teneurs en proline libre des cotylédons, de la radicule et de la gemmule prélevés des graines de Vigna unguiculata témoins et traitées. 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 Cotylédons Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneurs en proline libre (mg.g -1 MVF) +702 % +105.44 % +63.72 % a b c e d f a1 b1 c1 d1 e1 f1 a2 b2 c2 d2 e2 f2
  32. 32. Composition en acides aminés Chromatographie sur couche minces des acides aminés de la gemmule. 1 : Arginine, 2 : Thréonine, 3 : Cystéine, 4 : Sérine, 5 : Valine, 6: Tryptophane. 6 h hydro 3 h Double hydro Cotylédons Thréonine Thréonine* Valine Gemmule Cystéine Sérine Tryptophane Radicule Isoleucine Tryptophane Isoleucine** Les acides aminés apparus suite aux traitements prégerminatifs Gemmule
  33. 33. Les Glucides 0 100 200 300 400 Cotyledons Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneurs en amidon en mg.g -1 MVF -40 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro -46.61 % -40.35 % a b c d e f a1 b1 c1 d1 e1 f1 a2 b2 c2 d2 e2 f2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Cotyledons Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneur en sucres solubles en mg.g -1 MVF +91.4 % +42.22 % +60.2 % f2 e2 d2 c2 b2 a2 e1 c1 c1 d1 b1 a1 b a c d c e
  34. 34. Composition en sucres solubles Gemmule 6 h hydro 3 h Double hydro Cotylédons Saccharose Saccharose Fructose Ribose Gemmule Tréhalose Tréhalose Arabinose Ribose Rhamnose Radicule Glucose Xylose Chromatographie sur couche minces des sucres solubles de la gemmule. 1 : Acide gluconique, 2 : Tréhalose, 3 : Maltose, 4 : Glucose, 5 : Arabinose, 6 : Ribose, 7 : Rhamnose Les sucres solubles apparus suite aux traitements prégerminatifs
  35. 35. Ces modifications biochimiques dépendent de l’organe et de la méthode de traitement appliqué aux semences sachant qu’un double cycle d’hydratation-déshydratation induit le plus large éventail de modifications métaboliques. La forte synthèse et activation des enzymes impliquées dans la dégradation et la mobilisation des réserves protéiques (les protéases) et glucidiques (l’alpha amylase). L’accumulation des produits de cette hydrolyse particulièrement au niveau de la radicule et la gemmule ce qui assure un meilleur développement de l’embryon. La production de certains acides aminés (la valine, le tryptophane, la sérine, …) et sucres (le saccharose, ribose, l’arabinose, ..) qui accélèrent la germination, stimulent la croissance végétative et jouent un rôle central dans l’ajustement osmotique en conditions stressantes. Le traitement de prégermination provoque des modifications quantitatives et qualitatives aux niveaux des métabolites des cotylédons et des axes embryonnaires.
  36. 36. L’état Redox des embryons
  37. 37. Les activités enzymatiques antioxydantes 0 1 2 3 4 5 6 Cotylédons Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Activité de la catalase (μmol H 2 O 2 mn -1 mg -1 prot) +917.83 % +493.14 % +871.25 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Cotylédons Radicule Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Activité de l'APX (μmol d'Asc oxyd mn -1 mg -1 prot) +2194.74 % +1123.36 % +1967.56 % a b c d e f a b c d e f a1 b1 c1 d1 e1 f1 a1 b1 c1 d1 e1 f1 f2 f2 e2 d2 c2 b2 a2 e2 d2 c2 b2 a2
  38. 38. 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Cotylédons Radicule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Activité de la GPOX (μmol de tetragaiacol formé min -1 mg -1 prot) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Gemmule Temoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro +185.71 % +57.65 % +49.91 % La gaïacol peroxydase Activité de la gaïacol peroxydase chez les cotylédons, la radicule et la gemmule prélevés des graines de Vigna unguiculata témoins et traitées. f2 e2 d2 c2 b2 a2 f1 e1 d1 c1 b1 a1 f e d c b a
  39. 39. Production d’espèces réactives d’oxygène (ERO) La mise en évidence du peroxyde d’hydrogène par le DAB dans les embryons prélevés de graines témoins et traitées. Photographies d'un embryon représentatif de chaque lot prises sous loupe binoculaire. Détection du peroxyde d’hydrogéne (H2O2) 3,3’ diaminobenzidine (DAB) Polymérisation avec le H2O2 par Oxydoréduction Précipité marron très stable
  40. 40. Détection de l’anion superoxyde (O2 -) La mise en évidence du l’anion superoxyde par le NBT dans les embryons prélevés de graines témoins et traitées. Photographies d'un embryon représentatif de chaque lot, prises sous loupe binoculaire. Nitrobleu de tétrazolium (NBT) Réduction par l’O2 - En bleu de formazan stable de couleur bleue-indigo PEG 30 %
  41. 41. Cette activation dépend étroitement du type de traitement prégerminatif et même de l’organe, le double hydropriming présentant les meilleurs résultats et essentiellement au niveau de la gemmule. Plusieurs auteurs ont expliqué l'amélioration de la germination chez les semences traitées et de la tolérance au stress osmotique par l'augmentation de ces activités enzymatiques antioxydantes qui permettent de détoxifier les cellules (Varier et al., 2010 ; Ahmed et al., 2012; Chawla et al., 2014). L’endurcissement des semences stimule l’activation des enzymes antioxydantes au niveau des cotylédons et l’axe embryonnaire. Ceci suggère que les effets bénéfiques de l’endurcissement sur l’amélioration des performances germinatives pourraient être expliqués par la nouvelle théorie de la « fenêtre oxydative pour la germination » proposée par Bailly et al. (2008). Cette théorie fait référence à un niveau critique de ERO nécessaire à la germination et la levée de la dormance. Les traitements de prégermination stimulent la production des espèces réactives d’oxygéne au niveau des tissus embryonnaires et essentiellement au niveau des zones meristématiques ce qui prouve la forte activation de la division cellulaire au cours de l’amorçage.
  42. 42. Conséquences de l’amorçage sur des plantes soumises à un stress hydrique
  43. 43. Mise en pots des plantules issues de graines témoins et traitées Croissance linéaire des parties aériennes Stress hydrique par un arrêt d’arrosage de 15 jours Teneur relative en eau (TRE) Intégrité membranaire Conductance stomatique Croissance des parties aériennes Paramètres morphologiques et physiologiques Pigments photosynthétiques Proline libre Paramètres biochimiques
  44. 44. La croissance linéaire des parties aériennes
  45. 45. Témoin 6h Imbibition 6h Hydro 3h Double Hydro En conditions favorables 6h Hydro 3h Hydro PEG 30% 6h imbib 0 5 10 15 20 25 30 35 Temoin 6h imbib PEG 10% PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Longueurs des parties aériennes (cm) +83 % a a b c d c e
  46. 46. En conditions d’un stress hydrique 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temoin 6h imbib PEG 10% PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Longueurs des parties aériennes (cm) +103.31 %
  47. 47. Les paramètres physiologiques et biochimiques des plantes stressées
  48. 48. TRE, Intégrité membranaire et Conductance stomatique 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temoin 6h Imbib PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h double hydro TRE (%) 0 2 4 6 8 10 12 Temoin 6h Imbib PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Conductance stomatique (mmoles H 2 O s -2. m) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temoin 6h Imbib PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Efflux d'ions (%) +57.28 % +271.6 % -78.4 %
  49. 49. Pigments photosynthétiques et Proline libre 0 10 20 30 40 50 60 Temoin 6h Imbib PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Teneurs en proline libre (mg.g -1 MVS) 0 10 20 30 40 50 60 70 Temoin 6h Imbib PEG 30 % 3h hydro 6h hydro 3h Double Hydro Teneurs en caroténoïdes (mg.g -1 MVF) 0 1 2 3 4 5 6 Témoin 6h imbib PEG 30% 3h hydro 6h hydro 3h Double hydro Teneurs en chlorophylles totales (mg.g -1 MVF) -86.84 % +245.71 % +321.25 %
  50. 50. Le maintien de la turgescence cellulaire. La protection des membranes cellulaire de la peroxydation lipidique. Une bonne conductance stomatique et une teneur élevée en chlorophylles, assurant ainsi une bonne activité photosynthétique, donc une bonne croissance et un bon développement. La faible teneur en proline permet de déduire que l’arrêt d’arrosage ne provoque pas un stress chez les plantes issues de semences ayant subi un amorçage étant donné que l’accumulation de cet acide aminé est un bon indicateur du stress. L’endurcissement des semences, particulièrement la double redéshydratation peut être utile pour atténuer les effets néfastes du stress hydrique, en permettant :
  51. 51. Longévité des graines redéshydratées (ageing): Inconvénient de l’hydropriming
  52. 52. Longévité des graines redéshydratées (ageing) 0 20 40 60 80 100 120 1 jour 15 jours 1 mois 2 mois 4 mois 6 mois 8 mois 10 mois 12 mois Temoin 3h hydro 6h hydro 3h double hydro Capacité de germination (%) Temps après l'application de la redéshydratation Cinétique de la capacité de la germination durant une année après l'application de l'hydropriming. Des plantules âgées de quatre jours issues de graines doublement redéshydratées après différents temps de conservation.
  53. 53. CONCLUSION A l'issue de cette étude, nous pouvons conclure que le traitement prégerminatif des semences de Vigna unguiculata permet d’améliorer les performances germinatives, la croissance et le développement des plantes sous des conditions favorables et stressantes. Le double hydropriming, traitement inédit, offre les meilleurs résultats. Nous pouvons, ainsi, déduire que cette double redéshydratation pourrait représenter une méthode très efficace pour l'amélioration de la production végétale et en particulier dans des conditions hydriques défavorables. C’est une technique simple et peu coûteuse, qui évite l'utilisation de produits chimiques qui peuvent être indésirables pour l'environnement et la santé humaine.
  54. 54. Ce travail avait pour but de contribuer à la compréhension des mécanismes régissant l’endurcissement des semences au niveau embryonnaire. Les résultats obtenus nous permettent de conclure que les traitements de prégermination des semences, et plus particulièrement la double redéshydratation provoquent des modifications physiologiques, biochimiques et cellulaires. Ces modifications obéissent à plusieurs voies de régulation et signalisation complexes et hétérogènes, contrôlées par l’expression de nombreux gènes. Nous proposons sur la base de nos résultats un modèle tentant d’expliquer globalement les effets de l’hydropriming et de l’osmopriming sur l’amélioration des performances germinatives, de la croissance et de la tolérance au stress hydrique.
  55. 55. •Redéshydratation (Simple et Double) •Osmopriming (PEG) Traitements prégerminatifs Déshydratation Activation de certains gènes de tolérance à la déshydratation Contrôle Épigénétique Tolérance aux stress abiotiques Amélioration des performances germinatives Intensification du Stress Oxydatif Stimulation de la production de ERO (H2O2 et O2 - ) au niveau de l’embryon au cours de la germination Activation plus forte et/ou plus précoce (?) de la Fenêtre oxydative1 Signalisation cellulaire Synthèse d’osmolytes (proline, sucres) Ajustement osmotique Activation des enzymes Anti-oxydatives au niveau de l’embryon au cours de la croissance Activation des enzymes de dégradation des réserves< Levée de la dormance
  56. 56. Perspectives Faire une étude quantitative des ERO formées au niveau des tissus embryonnaires au cours de traitements, ainsi qu’une étude d’autres systèmes anti-oxydatifs. Étudier d'une manière plus approfondie le métabolisme prégerminatif en identifiant d’une manière plus précise les protéines, les enzymes et les phytohormones. Étudier l’expression de certains gènes candidats ainsi que les facteurs régulateurs responsables des modifications du matériel génétique au cours de l'amorçage. Étudier les modifications histologiques provoquées par l’endurcissement au niveau des tissus embryonnaires par biais des coupes histologiques par un microtome. Enfin, il s’agira, pour valider nos résultats, de mener des essais au champ par semis de graines doublement redéshydratées en conditions normales et en conditions de déficit hydrique. Étudier les effets du nouveau type d’endurcissement (la double redéshydratation) sur les semences d’autres espèces végétales sauvages et cultivées.
  57. 57. Publication et Communications Ce travail de thèse a fait l’objet : Article
  58. 58. Communications Internationales Hydropriming and Osmopriming Effects on Cowpea (Vigna unguiculata L.): Involvement of oxidative stress. Tübingen, Germany. Oct 2013. Effets de l’osmopriming et de l’hydropriming sur Vigna unguiculalta : Implication du Stress Oxydatif. Hammamet, Tunisie. Dec 2013. Djebbar R., Boucelha L., Carol P. (Dec. 2014). Double hydropriming applied to Vigna unguiculata seeds is better than a simple hydropriming. 2nd Adam Kondorosi symposium, Frontiers in Legume Biology, 11 et 12 Décembre 2014, Gif sur Yvette, France. Communications Nationales Implication des activités anti-oxydatives dans le phénomène d’osmopriming de graines de Vigna unguiculata. USTHB, Algérie. Jan 2013. Un double hydropriming des graines de Vigna unguiculata est plus efficace qu’un simple hydropriming. USTHB, Algérie. Fev 2014. Les Espèces Réactives D’oxygène (ROS) : Dr Jekkyl And Mister Hyde. Ou comment l’oxygène peut devenir toxique. USTHB, Algerie. Avr 2014.
  59. 59. MERCI POUR VOTRE ATTENTION

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