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Études des mécanismes métaboliques du chimiopriming par le silicium permettant l'amélioration du développement du fenugrec "Trigonella Foenum Graecum"

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Études des mécanismes métaboliques du chimiopriming par le silicium permettant l'amélioration du développement du fenugrec "Trigonella Foenum Graecum"

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Le priming des semences est une méthode physiologique qui améliore la production végétale en modulant les activités métaboliques de la germination avant l'émergence de la radicule, c'est à dire au cours de la phase réversible de la germination. Pendant cette phase, la semence peut être redéshydratée tout en gardant sa capacité à germer. Parmi les différents types de priming, figure "le chimiopriming" qui repose sur l'utilisation des substances chimiques, telles que le nitroprussiate de sodium, le chlorure de calcium, le peroxyde d’hydrogène, l’hydrosulfure de sodium, ou le silicium. Ces molécules jouent un rôle primordial dans l’activation de certaines voies de signalisation. Cependant, peu de travaux ont utilisé le silicium, considéré comme phytostimulant, dans le chimiopriming. Il en ressort que le priming avec le silicium permet d’améliorer les performances germinatives et la tolérance au stress hydrique. Notre travail s’inscrit dans cette optique et a pour objectif d’étudier l’effet du silicium utilisé dans le chimiopriming de graines de Trigonella foenum graecum (L), sur quelques paramètres biochimiques (protéines, acides aminés, proline, amidon, sucres solubles, protéases et l’alpha-amylase). Les mesures ont été réalisées au niveau de la radicule prélevée des graines témoins et traitées après 24 h de germination. Nos résultats confirment que l’hydropriming seul induisait une accélération des phases de la germination, une amélioration de la croissance ainsi qu’une activation de l’hydrolyse des réserves (protéines et amidon) suivie d’une augmentation de la teneur en produits de la dégradation (acide aminées et sucres solubles) et d’une baisse de la teneur en proline au niveau des radicules. D’autre part, nos résultats indiquent que le prétraitement par le silicium seul n’a pas d’influence sur la croissance de la radicule, mais a des effets variables sur certains paramètres biochimiques. En effet, il semble que le silicium (Si) atténue ou annihile l’action de l’hydropriming. Notre hypothèse est que ce minéral inhiberait certains enzymes lesquelles seraient stimulées par l’hydropriming (protéases et amylases).

Le priming des semences est une méthode physiologique qui améliore la production végétale en modulant les activités métaboliques de la germination avant l'émergence de la radicule, c'est à dire au cours de la phase réversible de la germination. Pendant cette phase, la semence peut être redéshydratée tout en gardant sa capacité à germer. Parmi les différents types de priming, figure "le chimiopriming" qui repose sur l'utilisation des substances chimiques, telles que le nitroprussiate de sodium, le chlorure de calcium, le peroxyde d’hydrogène, l’hydrosulfure de sodium, ou le silicium. Ces molécules jouent un rôle primordial dans l’activation de certaines voies de signalisation. Cependant, peu de travaux ont utilisé le silicium, considéré comme phytostimulant, dans le chimiopriming. Il en ressort que le priming avec le silicium permet d’améliorer les performances germinatives et la tolérance au stress hydrique. Notre travail s’inscrit dans cette optique et a pour objectif d’étudier l’effet du silicium utilisé dans le chimiopriming de graines de Trigonella foenum graecum (L), sur quelques paramètres biochimiques (protéines, acides aminés, proline, amidon, sucres solubles, protéases et l’alpha-amylase). Les mesures ont été réalisées au niveau de la radicule prélevée des graines témoins et traitées après 24 h de germination. Nos résultats confirment que l’hydropriming seul induisait une accélération des phases de la germination, une amélioration de la croissance ainsi qu’une activation de l’hydrolyse des réserves (protéines et amidon) suivie d’une augmentation de la teneur en produits de la dégradation (acide aminées et sucres solubles) et d’une baisse de la teneur en proline au niveau des radicules. D’autre part, nos résultats indiquent que le prétraitement par le silicium seul n’a pas d’influence sur la croissance de la radicule, mais a des effets variables sur certains paramètres biochimiques. En effet, il semble que le silicium (Si) atténue ou annihile l’action de l’hydropriming. Notre hypothèse est que ce minéral inhiberait certains enzymes lesquelles seraient stimulées par l’hydropriming (protéases et amylases).

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Études des mécanismes métaboliques du chimiopriming par le silicium permettant l'amélioration du développement du fenugrec "Trigonella Foenum Graecum"

  1. 1. Études des mécanismes métaboliques du chimiopriming par le silicium permettant l’amélioration du développement du fenugrec Trigonella Foenum Graecum (L.) Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Premier Séminaire National sur l’Agriculture Durable et la Biodiversité (SNADB 2022) Dr Lilya BOUCELHA Présenté par : Co-auteurs : -Réda DJEBBAR -Ouzna ABROUS-BELBACHIR -Pierre CAROL 11-12 Mai 2022
  2. 2. ntroduction 2
  3. 3. La production végétale et l'établissement d’une bonne agriculture dépendent étroitement de la germination des semences qui est une étape cruciale dans le cycle de vie des végétaux supérieurs. 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). Germination Phase cruciale du cycle de Vie des plantes
  4. 4. Or, la germination peut être hétérogène vu que les semences ne germent pas toutes de la même manière ni en même temps. 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 Les graines et les plantes sont souvent soumises à des contraintes abiotiques sur le terrain Faible disponibilité en eau Salinité du sol Température extrêmes
  5. 5. Les phases de la germination Phase d’imbibition Phase de germination Phase de croissance Phase Réversible Application de l’amorçage Phase Irréversible Percée de la radicule 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. Imbibition partielle de la semence Activités métaboliques Pré-germinatives La phase réversible de la germination Redéshydratation avant l’Émergence de la radicule Traitement prégerminatif Ou Priming Réhydratation et Mise en Germination Activation des Processus germinatifs
  7. 7. Obtention des plantes plus tolérantes aux stress abiotiques Floraison plus précoce Levée de la dormance Obtention des cultures uniformes Amélioration de la croissance et du rendement. Germination homogène (synchronisée) et rapide. Effets bénéfiques du Priming
  8. 8. Le priming 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
  9. 9. Types de traitements prégerminatifs Osmopriming Double hydropriming Hydropriming Chimiopriming Silicium Hormopriming
  10. 10. Le Silicium ne se trouve jamais à l’état libre ou pur dans la nature, mais uniquement sous forme de combinaisons car il réagit rapidement avec l’eau et l’oxygène. Le Silicium est retrouvé sous deux formes : Minérale Organique Le Silicium est le deuxième élément chimique le plus abondant de la croûte terrestre après l'oxygène (27,6 %).
  11. 11. Dans des conditions favorables Dans des conditions défavorables Amélioration de la croissance des parties aériennes et racinaires. Une meilleure tolérance aux stress abiotiques en activant les systèmes de défense notamment les enzymes antioxydantes
  12. 12. Le traitement prégerminatif des graines est la méthode la plus efficace permettant la pénétration du silicium à des concentrations contrôlées. Elle est considérée comme l’une des principales techniques qui peuvent améliorer la tolérance au stress abiotique chez les plantes. Application du Si sur les plantes par arrosage ou aspersion, n’est pas toujours évidente pour permettre son absorption.
  13. 13. Beaucoup de travaux ont étudié l’impact du Si sur les plantes entières Coskun et la. (2019) Mécanismes d’action du silicium impliquant la tolérance au stress abiotiques Très peu d’articles ont été consacrés aux prétraitements des graines par le Si Mais
  14. 14. Bjectifs du travail 14
  15. 15. Traitements prégerminatifs des semences de Trigonella foenum- graecum Chimiopriming-Si Effet sur la germination Etude du métabolisme carboné Etude de la croissance des radicules Etude du Métabolisme azoté Ce qui a attiré l’attention de notre équipe de « Physiologie végétale » et nous a poussé à s’intéresser à ce travail
  16. 16. Matériel et Méthodes 16
  17. 17. Le Fenugrec « Trigonella foenum- graecum L » Plante légumineuse Cultivée Famille des Fabaceae ✓ Excellente source minéraux (cuivre, calcium…) ✓ Riche en vitamine essentielles (thiamine, Acide folique, ….) ✓ Une gamme de composés phytochemique (choline, trigonelle…. ) Intérêts médicinaux ✓ Appétitive ✓ Pouvoir d'éliminer les toxines ✓ Augmente la digestion ✓ Augmente l’assimilation des aliments
  18. 18. Application du traitement Sélection des graines Désinfecter (3 min) par l’eau de javel, puis rincer (5 min) par l’eau distillée Imbiber dans le silicate de sodium à 1 mM Imbiber dans d’eau distillée Lot traité 50 Gaines Lot témoin 50 Graines Mise en germination Sélection des graines
  19. 19. Imbibition Imbibition seule 6h dans l’eau distillée Simple Hydropriming Imbibition dans l’eau distillée Prétraitement Imbibition dans le Si Pas de Priming Priming ou Amorçage Chimiopriming Imbibition dans le silicium Imbibition Prim Si-Prim +Redéshydratation +Redéshydratation 6h Aucun Traitement Si-6h 6h 6h 6h Témoin
  20. 20. Étude physiologique et biochimiques des graines et des radicules Cinétique d’imbibition Croissance des radicules Etude du métabolisme Protéique Glucidique
  21. 21. Métabolisme Glucidique Amylases Suces Solubles Amidon Schuster et Giford (1962) Mc Cready (1950) Métabolisme Protéique Protéases Acides aminés Protéines McDonald et Chen (1965) Rosen (1957) Bradford (1976) Mc Cready (1950)
  22. 22. ésultats 22 iscussion
  23. 23. 0 1 1 2 2 3 3 0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h % d'absorption de l'eau Temps (heures) Témoin Imb-6 Si-6 Si priming Priming I II III Témoin Imb-6h Si-6h Si priming Priming Accélération des phases de germination par Priming
  24. 24. 0 10 20 30 40 50 60 0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h % Fuite d’électrolytes Temps (heures) Témoin Imb-6h Si-6h Si Priming Priming La cinétique de la fuite massive des électrolytes des graines de fenugrec se superpose à celle de l’imbibition. Les graines primées ont des taux plus élevés que les graines uniquement imbibées avec ou sans Si, ceci pourrait s’expliquer par une plus forte activité hydrolytique induite par le priming. La plupart des solutés solubles qui s’échappent des semences sont des sucres et des acides aminés en plus de la plupart des ions minéraux présents dans la graine tels que le Ca+2, Na+2 et surtout le K+ dont on connait son rôle essentiel au cours de la germination
  25. 25. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Témoin Imb-6h Si-6h Si priming Priming Longueurs des radicules en cm Différents lots a b c d e Amélioration de la croissance des radicules Accélération de la réplication nucléaire, la division cellulaire et l’élargissement des cellules au niveau des racines (Farrooq et al., 2007) Priming (avec ou sans Si) Phase d’imbibition précoce indique bien un décalage dans le temps de début de la croissance de la radicule. +71 %
  26. 26. 0 5 10 15 20 25 30 Témoin Imb-6h Si-6h Si Priming priming Tenerurs en amidon en mg. g -1 MVS a b c d e 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Témoin Imb-6h Si-6h Si priming Priming Tenerurs en sucres solubles totaux en mg. g -1 MVS a b c d e 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Control Imb-6h Si-6h Si-Prim Priming Activité amylasique (mg d'amidon dégradé.h -1 .mg -1 de prot) a b a C d -38 % +32 % -26 % +17 % +19 % Amidon Sucres solubles Amylases
  27. 27. ✓ Forte activité amylasique ✓ Dégradation de l’amidon ✓ Accumulation des sucres solubles Métabolisme Glucidique Priming avec Si Hydropriming ✓ Inhibition des amylases ✓ Forte teneur en l’amidon ✓ Faible teneur en sucres solubles Activation de l’hydrolyse des réserves glucidiques Inhibition de l’hydrolyse des réserves glucidiques Inhibition du site actif
  28. 28. 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Control Imb-6h Si-6h Si-Prim Priming Activité des protéases (mg de tyrosine libérée.h -1 . mg prot) a b a a c -69 % -18 % +22 % +86 % +18 % Protéines Acides aminés Protéases
  29. 29. ✓ Forte activité protéasique ✓ Dégradation des protéines ✓ Accumulation des acides aminés Métabolisme Protéique Priming avec Si Hydropriming ✓ Inhibition des métalloproéases ✓ Forte teneur en protéines ✓ Faible teneur en acides aminés Activation de l’hydrolyse des réserves protéiques Inhibition de l’hydrolyse des réserves protéiques Inhibition du site actif
  30. 30. onclusion 30
  31. 31. Hydropriming Chimiopriming -Si- Cinétique d’imbibition Croissance des radicules Protéines Solubles Acides Aminés Amidon Sucres solubles Inhibition Activation Signalisation Inhibition des protéases Inhibition de amylases Activation de l’hydrolyse des réserves Priming des graines Protéases Amylases Régulation épigénétique
  32. 32. A l'issue de cette étude, nous pouvons conclure que le traitement prégerminatif des semences de Trigonella foenum-graecum, permet d’améliorer les performances germinatives et la croissance des radicules en induisant un large spectre de modification biochimiques et métaboliques. Il semble que le silicium inhibe l’effet de l’hydropriming. ❖ Confirmer l’effet du silicium sur les enzymes In Vivo ❖ Refaire toutes ces mesures au nivaux de la graine sèche ou de l’embryon ❖ Tester d’autres concentrations de silicium et sous d’autres formes ❖ Mesurer les nivaux de silicium intracellulaire
  33. 33. Merci pour votre attention!

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