Relation entre le statut oxydant et les paramètres physiologiques étudiés

La matrice de corrélation des variables (Tableau 15) permet de mettre en relief les corrélations significatives (positives ou négatives) entre les différents paramètres étudiés. Les variables (gs, PO, CHL et RWC) sont significativement et négativement corrélées avec la SOD. Cette enzyme représente la première ligne de défense contre les ROS, où elle réduit le superoxyde, première espèce réactive d’oxygène produite lors de l’installation d’un stress oxydatif. Ces corrélations ont été mises en évidence dans plusieurs travaux (Ebrahimian et Bybordi, 2011 ; Ali et al., 2014b; Chakraborty et Pradhan, 2012) signalant le rôle majeur de cette enzyme dans la tolérance au stress oxydatif induit par le stress hydrique. Les résultats de notre étude suggèrent que l’augmentation de l’activité SOD en conditions de stress hydrique, contribue à maintenir la RWC et la CHL à des taux élevés, par la gestion du radical superoxyde et la protection de la membrane des dommages oxydatifs. Par ailleurs, l’augmentation de la REL, du MDA et du H2O2 des feuilles du blé dur est directement reliée par le régime hydrique imposé. En effet, il existe une corrélation négative, hautement significative entre ces derniers et les paramètres physiologiques de la plante à savoir la gs, la CHL, la RWC et le Fv/Fm (Tableau 15). Le déficit hydrique a généré un stress oxydatif en catalysant la formation des ROS dont l’H2O2 par la dismutation du superoxyde qui s'attaquent aux acides gras polyinsaturés des membranes des chloroplastes et provoquent leur peroxydation et la production des TBARS ainsi qu’une augmentation de la REL. Cette peroxydation des lipides chloroplastiques peut être responsable de perturbations dans l'ultrastructure des thylakoïdes entraînant le dysfonctionnement des protéines qui y sont imbriquées et en particulier les PSI et PSII (Gill et Tuteja, 2010). Ces marqueurs du stress oxydatif peuvent donc être utilisés comme bioindicateurs de l’état de stress chez les plantes.

Une analyse factorielle multidimensionnelle de type ACP a été effectuée sur l’ensemble des données relatives aux 10 génotypes de blé. L’objectif de cette analyse est de comprendre les interactions entre les différents paramètres physiologiques et biochimiques étudiés, évaluer d’éventuelles similitudes entre les différents génotypes et de caractériser les plus originaux qui sont soumis au stress hydrique. Le diagramme des valeurs propres (Figure 38- A) montre que la combinaison linaire des variables qui génère les deux axes F1 et F2 est particulièrement importante pour décrire la variabilité entre les différents paramètres étudiés. En effet, les deux premières composantes expliquent la variance avec 59,91% et 25,25%, soit un pourcentage cumulé de 85,16% (valeurs propres >1).

93

Figure 38 : Représentation descriptive par analyse en composantes principales (ACP) des valeurs des paramètres physiologiques et biochimiques suite à un stress hydrique.

(A) Histogramme des valeurs propres, (B) cercle des corrélations des variables, (C) répartition des génotypes sur le plan factoriel F1 et F2.

A A B

94

D’après les résultats de l’ACP (Figure 38-B,C), l’axe F1 exprime principalement du côté positif, la singularité des plantes témoins très fortement liée aux paramètres physiologiques : teneur relative en eau (RWC) élevée, forte conductance stomatique (gs), teneur en chlorophylle totale (CHL) élevée et un fort taux de rendement quantique maximale (Fv/Fm) reflétant un bon état hydrique de la plante. D’autre part, il est corrélé négativement et assez fortement avec la REL, suivi du MDA, du H2O2 et de la température foliaire. L’axe factoriel 2 qui n’extrait que 25,25% de l’inertie, est distingué par les 3 enzymes antioxydantes du côté positif et le PO du côté négatif. Les génotypes DK, B17 et BEL (en cercle vert) sont surtout caractérisés par des activités enzymatiques élevées de SOD, CAT et GPOX, indiquant une grande capacité antioxydante en conditions de stress hydrique. La position de COL, BEN, W et VIT (en cercle rouge) est fortement déterminée par les données des marqueurs oxydatifs (REL, H2O2, MDA) couplée à des températures foliaires élevées. Enfin les génotypes BOU, AGY et OZ qui occupent le centre de la carte factorielle F1/F2 (en cercle orange) expriment des phénotypes intermédiaires caractérisés principalement par des valeurs moyennes des paramètres biochimiques mesurés.

Il est bien établi que le stress hydrique affecte la conductance stomatique, la teneur relative en eau, le potentiel osmotique, le rendement quantique maximal du PSII et altère la chlorophylle. Ces perturbations physiologiques sont accompagnées d’un stress oxydatif qui est déterminé par une production accrue d’espèces réactives d’oxygène dans les feuilles du blé dur. Les ROS, dont l’H2O2, induisent des dommages oxydatifs aux molécules fonctionnelles dans la cellule végétale (Egert et Tevini, 2002). Nos résultats ont montré que la production du peroxyde d’hydrogène augmente significativement sous le régime hydrique. Le H2O2 peut provenir de la réaction de dismutation de l’O2•- par la SOD ou l’altération du transport d’électrons dans les chaînes photosynthétique et respiratoire (Gill et Tuteja, 2010). Il peut provenir aussi durant la photoréspiration, où l’enzyme Rubisco qui catalyse la corboxylation de la RuBP pendant l’assimilation du carbone, utilise l’O2 pour oxygéner celle-ci. Cette réaction va engendrer du glycolate qui est ensuite transporté des chloroplastes aux peroxysomes où il sera oxydé produisant aunsi du H2O2 (Cruz de Carvalho, 2008). Par ailleurs, le H2O2 joue le rôle d’une molécule signal qui alerte la cellule de la présence d’un stress environnemental (Parent et al., 2008). Selon Dat et al. (2000), le peroxyde d’hydrogène peut fonctionner comme un messager secondaire à faibles concentrations mais il devient toxique à fortes concentrations. La membrane des thylakoïdes est sujette aux attaques de l’H2O2 et des différentes formes radicalaires. En conditions de stress hydrique, les ROS

95

s’attaquent aux acides gras polyinsaturés et provoquent leur oxydation. Celle-ci est mise en évidence par la formation du MDA dans les feuilles des 10 génotypes étudiés. De plus, durant la photosynthèse et sous condition de stress hydrique, il y a une fuite d’électrons élevée vers l’O2 par la réaction de Mehler (Smirnoff, 1993). Des travaux de (Biehler et Fock, 1996), ont montré que la fuite des électrons photosynthétiques par la réaction de Mehler chez le blé en conditions de déficit hydrique, a augmenté de 50 % par rapport aux plantes témoins. L’augmentation des activités antioxydantes est considérée comme importante pour atténuer les effets délétères des ROS responsables des dommages oxydatifs dans les feuilles des plantes. La superoxyde dismutase, la peroxydase et la catalase sont des indices importants pour évaluer le statut redox du blé dont les activités supérieures affichent essentiellement une capacité antioxydante plus élevée, ce qui reflète une plus grande tolérance à la sécheresse (Zhang et Kirham, 1994 ; Shinozaki et al., 2003). L’activité de ces enzymes a augmenté dans les 10 génotypes de blé dur en condition de stress, mais les génotypes BEL, DK et B17 ont montré une activité plus importante, ce qui implique que cette capacité enzymatique à éliminer les ROS, contribue à améliorer la tolérance au stress hydrique. La SOD intervient en premier dans l’élimination du O2•-, ce qui va générer l’H2O2. La détoxication de cette molécule peut être envisagée par plusieurs enzymes telles que la CAT localisée au niveau des peroxysomes et des mitochondries, la GPOX localisée au niveau du cytoplasme et des parois cellulaires ainsi que les enzymes du cycle ascorbate-glutathion, localisées dans plusieurs compartiments cellulaires (Noctor et Foyer, 1998).

96

Conclusion

Nos résultats indiquent clairement que les différents stress appliqués (stress hydrique, thermique et au paraquat) sont responsables de l’induction du stress oxydatif et les dommages qui leurs sont liés, ce qui a été démontré par l’augmentation de la teneur en MDA, la fuite des électrolytes, l’accumulation du H2O2, la dégradation de la chlorophylle et l’augmentation des réponses des enzymes antioxydantes. Il a été également démontré que les 10 génotypes du blé répondent différemment aux dommages oxydatifs en raison des variations de leurs défenses antioxydantes. Les génotypes DK, B17, BEL ont présenté une meilleure tolérance au stress oxydatif déclenché par le stress hydrique, avec des dommages oxydatifs mineurs associés à une réponse plus forte des enzymes antioxydantes. Bien que d'autres études soient nécessaires, ces génotypes pourraient être considérés comme cultivars adéquats dans les programmes visant à améliorer le développement des plantes plus tolérantes à la sécheresse.

En ce qui concerne les coefficients de corrélation entre les paramètres physiologiques et biochimiques dans les conditions de stress hydrique, nous avons constaté la singularité de l’enzyme SOD parmi les 3 enzymes étudiées, qui est particulièrement liée à la teneur relative en eau (RWC), la conductance stomatique (gs) et la teneur en chlorophylle totale (CHL). Cette enzyme joue un rôle important dans l’élimination de l’anion superoxyde qui s’accumule suite au stress hydrique au niveau du PSII. L’activité de la SOD engendre par la suite, la formation de l’H2O2 qui sera contrôlé par la CAT et la GPOX.

Il existe une forte corrélation entre les paramètres physiologiques étudiés et les marqueurs du stress oxydatif ainsi que les antioxydants testés. Par conséquent, nous proposons ces paramètres comme indicateurs biochimiques pour la sélection de cultivars tolérants à la sécheresse.

97

2. Analyse des profils de séparation par PAGE des isoenzymes CAT, GPOX et SOD