Anatomie, Physiologie, Génétique des plantesBiologie de base en rapport avec la phytoremediation
Origine de quelques acteursde la bioremediation
Plantes
monocotylédones dicotylédones* **
Les plantes sont constituées de cellulesLes cellules forment un tissuLes tissus forment un organeLes organes forment une plante
feuille tige racine
Anatomie d’une plante
pousse
La feuille
XylèmeTransportracine pousse
Phloèmetransportpousse racine
La feuille: stomate
La feuille: cuticule
La tige
monocot
dicot
La racine
xylème
phloème
La racine
Croissance des plantes
Meristème:site deDivision cellulaire(mitoses)
= meristème
Plantes: faites de cellules
Ce qu’il y a de remarquable chez les plantes:-Elles forment un symplaste connecté
Via les plasmodesmes
Une cellule de base
membrane
Sève cellulaire/ cytoplasme / cytosol
Les membranes separent les compartiments
protéinesphospholipides
Pour le transportÀ travers la membrane
La cellule de plante
Noyau
Contient l’ADN
A l’intérieur des cellules végétales
Matériel génétique
Fonctions:
- solidité
ionsmétabolitespigmentstoxines
- Entreposage:
-décomposition molécules/organelles
Vacuole
ChloroplasteFonction: photosynthèse
CO2 + H2O => sugar + O2
membrane du thylakoide
stroma
lumière
enveloppe à 2-membrane
En dehors de la membrane cellulaireParoi cellulaire
Fibre de cellulose Fonction: support
Points de contact entre les cellules
Plasmodesmes
Connections cytoplasmiques
Fonction: Transport moleculaire
TransportCellule-à-celluleChez les plantes
Metabolisme Cellulaire :Toute les réactions biochimiques qui se produisent dans la cellule
Ensemble des réaction en séries: voie
chaque réaction est catalysée par un enzyme
ES -> P + E E + S -> ES
ES
ES
Voie:Serie d’ enzymes qui travaillent ensemble
• Pour construire quelque chose
ou• Pour décomposer quelque chose
Le métabolisme est reguléAu niveau protéique ou de L’ADN
ADN: librairie de gènes dans le noyau
ARN messager: copie faite dans le noyauTransporté dans le cytosol
Protéine: fabriquée En utilisant l’info des ARNm
Comment ça marche?• Un morceau d’ADN contenant un ou plusieurs gènes est introduit dans une cellule de plantes, ou il s’intègre dans le génôme de plante• La cellule de plante est régénérée en une plante
• La nouvelle plante transgénique produit le produit du gène étranger (une protéine)
•Manipulation génétique des plantes
Construction d’ADN
Votre Gènefavori
PP
Promoteur: InterrupteurMarche/arrêt
via Agrobacteriumou via un canon à particules
UnGène deresistance
Progéniture transgenique
celluletransformée
Milieu avec:•Hormones de plantes• antibiotique
Plante transgenique
Nutritiondes
Plantes et
Transport
Les plantes sont photo-autotrophique:Ils ont besoin seulement nutrients inorganiquess
Elles utilisent l’énergie de la lumière pour construire des composées organiques à partir de des minéraux
Matière sèche de plante
96% H, O, N, C
macronutriments P, K, S, Mg, Ca
micronutriments Fe, Zn, Mn, Cl, B, Cu, Ni, Mo
Role structuralcatalytique/Rôle regulatoire
>1000 ppm MS
<100 ppm MS
Racine pousse transport:Dans les vaisseaux du xyleme
Pousse racine transport:Dans les vaisseaux du phloème
Plant Transport des plantes
Qu’est ce que le xylème?
Cellules mortes(seulement paroi cellulaire)
Partie de l’apoplasme
Qu’est ce que le Phloème?Cellules vivantes
dépendentDes cellules compagnes
Partie du symplasme
Qu’est ce qui est transporté dans le xylème et le phloème ?mineraux
amino acides
sucreamino acidesmineraux
Transport dans le xylème
1. Entrée dans le symplasme de racine
2. Exportation dans l’apoplasme du xylème root xylem
3. Transport de masse des pousses
4. Entrée dans le symplaste des pousses
5. Evaporation dans l’ airForce motrice ultime
Par stomate
H2O + nutrients dissous
Mécanisme du transport minéralÀ travers membranes
bicouche phospholipidiqueAvec des protéines enchassées
Matière sèche des plantes
96% H, O, N, C
C: des CO2 gas
fixé and reduiten sucre (CHO)
utilisée pour fabriquer d’autres composés organiques
De nombreux composés organiques
Ossature carbonée
Photosynthèse:
chloroplaste
cellule
Transport dans le Phloèmecharge (dans la source)
décharge (dans le puit)
ModèlePressionécoulement
Source: le sucre est chargé dans le phloème
l’eau suit (osmose) haute pression
Puit: le sucre est déchargé du phloème l’eau suit (osmose) basse pression
source écoulement dans le puit
Minéraux mobiles :RemobilisationPar le phloème
photosynthèseCO2 + H2O --> sucre + O2
lumière
respirationsucre + O2 --> CO2 + H2O
+ energie
ATP + chaleur
Des composés carbonés sont dégradés pour de l’énergie
La respiration joue un rôle
centralDans le
métabolisme cellulaire
Respiration: • dans tous les tissus et constamment • a besoin d’ oxygène
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() Remarque Le sol agit sur la plante de différente manière:-éléments nutritifs-Sécrétions microbiennes qui agissent par: leurs composants
bioactifs.Sécretions
hormonales.SIGNAUX
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Effets des hormones• L'auxine joue un rôle central dans la croissance cellulaire et dans la formation de nouveaux tissus
• Les cytokinines contrôlent la division et la différenciation cellulaires, et ralentissent le vieillissement
• Les gibbérellines participent avec l'auxine à la régulation de la croissance cellulaire et stimulent la germination des graines
• L'acide abscissique induit la dormance des semences et régule les réponses des plantes à la sécheresse
• L'éthylène permet aux plantes de répondre à un stress mécanique et contrôle la maturation des fruits ainsi que l'abscission des feuilles
• Les brassinostéroîdes représentent un nouveau groupe d'hormones végétales et agissent comme l'auxine
• D'autres composés peuvent jouer un rôle d'hormone végétale
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Exemple: Effets des hormones et phytoremediation
• L'auxine joue un rôle central dans la croissance cellulaire et dans la formation de nouveaux tissus
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Auxines de synthèse à usage commercial
l'acide indole butyrique( et) ou l'acide naphtalène acétique(ANA) servent à la propagation des plantes en favorisant la formation de racines adventives sur les boutures.
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Auxines de synthèse à usage commercial
Quelques auxines de synthèse, comme le 2-4 D (acide dichlorophénoxyacétique), sont utilisées pour éliminer des mauvaises herbes.
Cette hormone entraîne la synthèse de fortes concentrations d'éthylène, induisant ainsi leur vieillissement.
Les plantes aux grandes feuilles sont tuées plus rapidement que les graminées, probablement à cause d'une pénétration plus importante de l'auxine synthétique.
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()
Par suite du mécanisme réactionnel catalysé par les peroxydases(formation de radicaux libres), les auxines ne sont pas le seul substrat de cet enzyme et des herbicides auxiniques, par exemple, peuvent être partiellement neutralisés bien que plus lentement.
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Auxines de synthèse à usage commercial
Similitude de structure (+ ou -) avec l’auxine. Sont reconnus par les sites récepteurs
Non reconnues et donc non dégradées par l'AlA-oxydase
Plus stables , quantités plus faibles et meilleur coût
utilisées pour stimuler et inhiber la croissance.
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Auxines de synthèse à usage commercial
L'agent orange, défoliant utilisé pendant la guerre du Vietnam, était un mélange d'auxines de synthèse.
Les atteintes à la santé humaine causées par l'agent orange n'étaient pas dues aux auxines, synthétiques peu toxiques par elles-mêmes, mais à un agent contaminant utilisé pendant la production des auxines, la dioxine.
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Exemple: Effets des hormones et phytoremediation
• Les gibbérellines participent avec l'auxine à la régulation de la croissance cellulaire et stimulent la germination des graines
– Cette hormone ou le butenolide, une substance présente dans la fumée de tissus végétaux peut lever la dormance de certaines graines(ex graines sauvages) et êtr utilisée dans des protocoles de réensemencement
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• L'acide abscissique induit la dormance des semences et régule les réponses des plantes à la sécheresse
• L'éthylène permet aux plantes de répondre à un stress mécanique et contrôle la maturation des fruits ainsi que l'abscission des feuilles
Exemple: Effets des hormones et phytoremediation
Dans le suivi des expériences différents types de stress biotiques ou abiotiques peuvent provoquer les même réponses que les stress liés à la pollution au niveau visuel comme au niveau des indicateurs moléculaires (ex:accumulation de proline sécheresse/sel&métaux et métabolisme du glutathion)
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L'éthylène inhibe la croissance en longueur et stimule la croissance en épaisseur
permet de résister au vent et à d'autres contraintes
les plantes stimulées par l'auxine grandissent beaucoup, celles stimulées par l'éthylène présentent un port trapu.
La production d'éthylène augmente quand une plante est touchée, battue par les vents ou agressée d'une quelconque façon
témoin
toucher2x/J
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l'éthylène :abscission
Au XIX" siècle, les rues des villes étaient éclairées gràce à l'éthylène. Des fuites dans les conduites d'alimentation en éthylène entrainaient la défoliaison des arbres signe du rôle joué par l'éthylène dans l'abscission
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Effets des hormones• Les brassinostéroîdes représentent un nouveau groupe d'hormones végétales et agissent comme l'auxine
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brassinostéroïdes leur récepteur protéique est situé dans la membrane plasmique contrairement aux stéroïdes animaux, ne pénètrent pas dans la cellule.
stimulent la division cellulaire l'élongation des tiges, la différenciation des cellules du xylème stimulent la croissance du tube pollinique ralentissent la croissance des racines retardent l'abscission foliaire alors qu'ils accroissent la synthèse d'éthylène. Similitudes d’action avec l’auxine mais voies différentes
• Exemple de l’importance de la connaissance des mécanismes hormonaux en phytoremediation organique
• Le brassinostéroides activent les mécanismes de détoxification contre des herbicides.
Exemple: Effets des hormones et phytoremediation