L’inhibition de la photorespiration chez les mutants photorespiratoires dans l’air

RuBisCO foliaire à cause de l’inhibition de la

photosynthèse

Suite à un transfert de fort CO2 dans l’air, la quantité de RuBisCO par surface chez les plantes

contrôles augmentait d’environ 150% après 5 à 6 jours. Or ces plantes assimilent seulement 30% de CO2 en moins juste après un transfert dans l’air comparé à la condition en fort CO2.

L’augmentation de la quantité de RuBisCO chez ces plantes pourrait être vue comme un moyen d’accroitre la fixation de CO2 dans l’air, afin qu’elle devienne semblable à la condition

en fort CO2. Cependant, lors des expériences de marquage au 13CO2, l’activité

photosynthétique chez les plantes contrôles était identique une fois ces plantes transférées dans l’air (transfert direct, après 1 jour et 5 jours dans l’air) (données non publiées). Ainsi, l’augmentation de la quantité de RuBisCO dans les feuilles ne serait pas nécessairement liée à un besoin de compenser la baisse de l’activité carboxylase de la RuBisCO une fois dans l’air. La RuBisCO représente environ 50% des protéines foliaires, et un quart de l’azote foliaire, c’est donc un réservoir majeur d’azote chez les plantes (Parry et al., 2008). Or la réduction de l’absorption et de l’assimilation des nitrates dans des faibles conditions photorespiratoires (fort CO2) a déjà été observée chez l’orge et A. thaliana (Bloom et al., 2010). L’augmentation

de la quantité de RuBisCO observée chez la lignée contrôle après transfert pourrait donc être liée à une augmentation de l’absorption et de l’assimilation des nitrates dans les feuilles. Cependant, les plantes contrôles cultivées en fort CO2 montrent une meilleure croissance que

les plantes cultivées dans l’air d’après la comparaison de leurs phénotypes (Dellero et al., 2015b), donc l’assimilation d’azote ne serait pas limitante en fort CO2 pour la croissance des

plantes. Plusieurs hypothèses ont été proposées par Bloom pour expliquer la réduction de l’assimilation des nitrates en fort CO2 : l’inhibition du transport des nitrites, la faible

disponibilité en Fdréduite pour l’activité de la NiR et la faible stimulation de l’export du pouvoir

(cf introduction et Bloom, 2015). Suite à un transfert de fort CO2 dans l’air, la quantité de

RuBisCO par surface de feuilles chez les mutants ggt1 stagnait après 6 jours de transfert par rapport aux plantes contrôles. Par analogie avec les plantes contrôles, une réduction de l’assimilation des nitrates dans ces lignées ggt1 serait envisageable après transfert dans l’air, puisque l’activité photorespiratoire est réduite chez ces mutants dans l’air. Apèrs un transfert de fort CO2 dans l’air, ces plantes présentaient une inhibition de la photosynthèse marquée,

ainsi qu’un plus faible ETR photosynthétique, qui ensemble, pourraient expliquer une baisse de l’assimilation des nitrates :

- La diminution de l’ETR va diminuer la production de Fdréduite, qui pourrait limiter

l’activité de la NiR et de la Fd-GOGAT, mais aussi la production de NADPH. Dans ce cas, moins de pouvoir réducteur serait exporté hors du chloroplaste par la valve malate, et cela pourrait limiter l’activité de la NR qui a besoin de NADH.

- La forte diminution de la fixation de CO2 pourrait diminuer la production d’acides

organiques. Or, l’assimilation d’azote a besoin de squelettes carbonés pour fixer les molécules d’azote inorganique, et donc une limitation en carbone peut aussi limiter l’assimilation d’azote.

L’analyse de plantes ggt1 cultivées dans l’air a révélée que la fixation de CO2 chez ces plantes

était réduite, à cause d’une plus faible quantité de RuBisCO par surface de feuilles. Dans Dellero et al., 2015b, nous avons expliqué celle-ci par l’acclimatation de la plante à la faible activité photosynthétique qui va donc limiter l’assimilation de l’azote par une limitation en squelettes carbonés. Ainsi, lorsque des mutants photorespiratoires sont cultivés dans l’air, ou bien suite à un transfert de fort CO2 dans l’air, dans les deux cas, il y a une baisse de l’activité

photorespiratoire qui aboutit à une diminution de la quantité de RuBisCO probablement à cause d’une réduction de l’assimilation d’azote.

Pour le mutant amiRgox1/2, suite à un transfert de fort CO2 dans l’air, la quantité de RuBisCO

diminuait de 80% par rapport au contrôle dans les feuilles les plus âgées après 5 jours. Cependant, la fixation de CO2, de même que la quantité de chlorophylles et de protéines

totales solubles, était fortement réduite chez cette plantes par rapport au contrôle. La plante présentait un phénotype comparable à celui observé lors de la sénescence, suggérant donc que la RuBisCO était probablement dégradée. Ainsi, la plus faible quantité de RuBisCO dans les feuilles de cette lignée pourrait s’expliquer d’une part par la faible fixation de CO2 qui

Figure 15. Modèle du mécanisme initial de réduction de la quantité de RuBisCO chez les mutants photorespiratoires, suite à un transfert de fort CO2 dans l’air.

pour les mutants ggt1) et d’autre part par l’entrée en sénescence. Il semblerait que l’ensemble des données aille dans le sens d’un mécanisme universel d’inhibition de l’assimilation d’azote

via l’inhibition de la photorespiration chez les plantes. Ce mécanisme reposerait sur

l’inhibition de la photosynthèse dans l’air (Figure 15).

Perspectives à court terme:

L’hypothèse d’une baisse de l’assimilation de l’azote chez les mutants photorespiratoires après leur transfert de fort CO2 dans l’air pourrait être testée. Des plantes contrôles,

amiRgox1/2 et ggt1 pourraient être cultivées en hydroponie en fort CO2. Puis lors d’un

transfert dans l’air, des marquages au 15

NO3- 15NH4+ 99% seraient réalisés en parallèle de la

condition témoin non-marquée. La quantité d’azote totale rentrante dans les feuilles et les racines chez ces lignées pourra être calculée à partir de l’analyse des échantillons par IRMS (grâce à la signature isotopique de l’azote). Si des différences d’absorption et/ou de transport d’azote sont observées, les échantillons de feuilles pourront être analysés par GC-MS, afin d’observer s’il y a des différences de marquage 15

N dans les acides aminés (traduisant une assimilation d’azote différente et/ou une altération de l’allocation de l’azote). Des fractions protéiques pourront aussi être analysées en spectrométrie de masse afin de détecter l’incorporation du marquage 15

N dans les protéines.

IV. La forte inhibition de la photosynthèse chez les