Phytotoxic activity of caulerpenyne from the Mediterranean invasive variety of Caulerpa racemosa: a potential allelochemical Par: Raniello R. et al. 2007.

Présentation au sujet: "Phytotoxic activity of caulerpenyne from the Mediterranean invasive variety of Caulerpa racemosa: a potential allelochemical Par: Raniello R. et al. 2007."— Transcription de la présentation:

1 Phytotoxic activity of caulerpenyne from the Mediterranean invasive variety of Caulerpa racemosa: a potential allelochemical Par: Raniello R. et al in Biol. Invasions Oral présenté par: Emmanuelle Evariste (M2 BEM)

2 Rôle crucial dans les écosystèmes.
Introduction Qu’est ce l’allélopathie? Métabolites secondaires conséquences Modifications: Croissance, Santé, Comportement, Survie… Espèce 1 Espèce 2: Espèce cible (« Target ») Rôle crucial dans les écosystèmes. Hyp: importance dans le caractère invasif de Caulerpa racemosa var. cylindracea. « Allelopathy may contribute to the ability of particular exotic species to become dominants in invaded plant communities » (Hierro et Callaway, 2003).

3 Histoire de la Caulerpa racemosa var. cylindracea en Méditerranée:
Introduction Caulerpa racemosa var. cylindracea Histoire de la Caulerpa racemosa var. cylindracea en Méditerranée: Endémique de l’Australie; Introduite par l’Homme en Méditerranée en 1990; Aujourd’hui, naturalisée. Plus invasive que Caulerpa taxifolia. Participe aux changements structuraux des communautés d’organismes photosynthétiques multicellulaires (MPOs). Contient des terpènes toxiques (Caulerpenyne).

4 Etude des interactions allélopathiques de Caulerpa racemosa var
Etude des interactions allélopathiques de Caulerpa racemosa var. cylindracea sur Cymodocea nodosa en Méditerranée: Cymodocea nodosa :espèce native. Caulerpa racemosa var. cylindracea Par mesure des variations de la photosynthèse. Expériences: vont de l’extraction à l’identification des composés « allélopathiques » . But: Prouver que Caulerpa racemosa var. cylindracea a un caractère allélopathique, pouvant être une explication de son invasion spectaculaire.

5 Extraction des composés pouvant avoir un effet allélopathique:
Matériels, Méthodes et Résultats Extraction des composés pouvant avoir un effet allélopathique: Purification 3 principaux métabolites secondaires: Caulerpenyne “Caulerpin” “Caulerpicin mixture” Acétone et Diéthyl éther Echantillon brut Matière fraiche de Caulerpa racemosa

6 Analyse du tissu extracellulaire blanchâtre
de Caulerpa racemosa (Whitish material) Tissu situé à la base de la pousse de la Chlorophycée. Extraction mais pas de purification car manque de matériel. Chromotagraphie TLC que l’on compare avec les résultats de l’échantillon des tissus végétatifs de Caulerpa racemosa var. cylindracea pour connaitre sa composition. Résultats: Principal composé: le pigment caulerpin, identifié à l’aide de H-NMR.

7 par mesure du rendement quantique optimal RQO.
Test de phytotoxicité par mesure du rendement quantique optimal RQO. Test préliminaire: aucune différence de RQO entre fragment et individu entier après 6 jours. Même conditions environnementales (luminosité, température). Traitements ou contrôles négatifs Mesure de RQO Durée: 6j Récipient avec milieu Fragment de Cymodocea nodosa

8 par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite).
Test de phytotoxicité par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite). Qu’est ce que RQO: RQO= Fv/Fm Pourquoi mesuré RQO: Connaitre l’état de l’appareil photosynthétique => variation de la photosynthèse. Outil: Fluoromètre modulable. Mesures: F0= Fluorescence initiale Fm= Fluorescence maximale Fv=Fm-F0

9 par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite).
Test de phytotoxicité par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite). Contrôles + Caulerpin et Caulerpicin à 10ppm Contrôles: -eau de mer -eau de mer/DMSO Echantillon brut 100ppm Résultats: Seuls Echantillon brut et Caulerpenyne font varier significativement le RQO Si contrôle ne change pas cela indique que si variation, cela est bien du au métabolisme secondaires de caulerpa Echantillon brut fait diminuer RQO donc un ou plusieurs composé secondaire joue un role dans c changement Autre exp avec caulerpenyne a 1ppm mais aucun changement

10 Hyp: les autres métabolites peuvent jouer un rôle dans l’allélopathie.
Discussion 1ère étude autour de la compétition chimique entre des stades adultes de « macrophytes » marins pour colonisation du milieu. Déclin du rendement quantique optimal par la caulerpenyne à 10 ppm= indicateur de sa phytotoxicité sur l’appareil photosynthétique. Pas d’effet des autres métabolites testés. L’échantillon brut : le rendement quantique optimal RQO permet d’émettre: Hyp: les autres métabolites peuvent jouer un rôle dans l’allélopathie. C’est la première preuve de l’effet toxique de Caulerpenyne sur les « macrophytes ». Test des effets toxiques de métabolismes secondaires de Caulerpa racemosa var. cylindracea sur tissu de Cymodocea nodosa.

11 Hyp: Peut-être rôle du tissu extracellulaire blanchâtre.
Discussion Caulerpenyne inhibe le cytochrome P450, impliqué dans le transport d’électron. Inhibition de la photosynthèse: Ex par l’inhibition du transport des électrons. Problème: Caulerpenyne = composé hydrophobique donc besoin d’une association. Hyp: Peut-être rôle du tissu extracellulaire blanchâtre. Besoin de faire d’autres études : leurs impacts dans les interactions allélopathiques et concentrations. Cytochrome P450: chromoprotéine avec un autre composé pour pouvoir infecter des organismes locaux.

12 Rôle dans la biologie des invasions:
Discussion Conclusions: Rôle dans la biologie des invasions: N’étant pas native, le milieu risque d’être moins adapté aux composés allélopathiques de Caulerpa racemosa var. cylindracea. Donc plus sensible. Caulerpenyne = Candidat potentiel aux interactions allélopathiques avec des MPOs autochtones. Si les études le confirment, ce serait une explication pour l’efficacité de cette Chlorophycée dans la colonisation des prairies de MPOs.

13 Remarques: Pas de temps de latence entre la collecte et la mise en expérience. Pas de temps d’adaptation au nouveau milieu. Peut-être trop de stress aux changements de milieu. Donc les individus stressés pourrait être plus sensibles (Reigosa et al., 2002). Concentration? Pas vraiment de valeur de la concentration dans le « water column ». Surestimation? Expériences à faire: Les deux espèces ensemble. Majorité des expériences d’allélopathie font des expériences de mise « en contact ». Tester différence entre Caulerpa racemosa et C. prolifera (native de Méditerranée).

14 Merci de votre attention.

15 ANNEXES

16 Allélopathie Définition d’allélopathie: Processus par lesquels une plante terrestre influence une autre par des moyens biochimiques, comme la production de métabolites secondaires bioactifs qui sont relâchés dans l’environnement. Aujourd’hui, utilisé pour définir les interactions chimiques du à des compétitions en général (souvent non du aux ressources). (introduit par Molisch, 1937) Métabolites secondaires: 5 catégories chimiques majeurs: « phenylpropanes », « acetogenins », « terpenoids », « steroids », « alkaloids » Interactions allélopathiques connues pour être facteurs important de succès pour de nombreuses plantes invasives (Garlic mustard (Ail) Alliaria petiolata (Amérique Nord (forêts tempérées), Nutsedge). Conséquences: modification: croissance, santé (« health »), survie, comportement, cycle de vie, inhibition de la germination des graines. Agit sur: ADN (alcaloïdes), photosynthèse, fonction des mitochondries (quinones), activité des phytohormones, « ion uptake », « water balance ».

17 Allélopathie Problème: dur à séparer effet d’allélopathie avec la compétition pour la ressource (espace, lumière, eau, nutriment, CO2). 6 critères pour prouver que c’est de l’allélopathie (Willis, 1985) mais besoin de 3: Modèle d’inhibition d’une espèce par une autre L’agresseur supposé doit produire une toxine Connaitre le mode de libération de cette toxine Le transport de la toxine ou son accumulation dans l’environnement La toxine affecte le métabolisme d’une plante voisine Le modèle observé de l’inhibition ne peut pas être seulement expliqué par une compétition physique, à l’environnement ou un autre facteur. « Allelopathy may contribute to the ability of particular exotic species to become dominants in invaded plant communities » (Hierro et Callaway, 2003). Pour avoir un effet plus important de l’allélopathie, il faut mieux combiner la compétition pour la ressource et l ’allélopathie (Hierro et Callaway, 2003). Varie selon le substrat pour certaines espèces , selon le stress (plus il y a de stress plus il y a de production de métabolites secondaires) (Hierro et Callaway, 2003).

18 Caulerpa racemosa (Plantae, Viridiplantae, Chlorophycées)
C’est un complexe d’espèces (hypothèse de ces différentes variétés: extension d’une des souches Méd. Suite au réchauffement climatique; introduction d’un nouveau taxon; hybride entre souche méd.). 3 variétés différentes: C. racemosa var. turbinaria uvifera lamourouxii cylindracea => espèce invasive et très résistante Vecteur d’introduction: -aquariophilie -eaux de ballastes (sûrement pour introduction de Méd. aux Canaries. Vecteur de dispersion: -courant -trafic maritime -plaisance -pêche

19 Caulerpa racemosa (suite)
Organisme siphonné (1 cellule avec des millions de noyaux, cytoplasme: capacité de coaguler (régénère après coupure). Stolon pousse dans une direction est meurt à l’arrière. Reproduction sexuée possible contrairement à Caulerpa taxifolia: tous les noyaux donnent des gamètes, l’algue meurt, noyaux disséminés dans l‘environnement. Colonise herbiers, roche, sable stable, « algues » (MPOs)indigènes. Varie selon saison, peut même disparaitre si l’hiver est trop dur. Hétérotrophe et Autotrophe. Défense chimique: Terpènes => effet répulsif sur herbivores, antimitotique, contient antibiotique. Consommateurs: 3 poissons, oursins, limaces, mais pas assez pour limiter son développement.

20 Caulerpa racemosa (suite)
Compétition avec faune benthique; Impact sur les rhizomes des posidonies et sur couvertures « algales » (MPOs) indigènes. Supplante autres espèces introduites. Lutte – Contrôle: - chimique et mécanique: Vouées à l’échec - Biologique: gastéropodes (limace brouteuse) qui ne consomment qu’elle. Problème des courants qui dissémineraient les larves. Très forte tolérance à la température.

21 Caulerpenyne (Terpénoïdes)
AcO OAc OAc Dumay et al. (2002): le plus abondant des sesquiterpènes toxiques (tue œuf d’oursin). Se dégrade rapidement. Les concentrations de caulerpenyne diminuent en présence de Posidonies mais utilisation de plus d’énergie pour le développement des frondes. Le groupe fonctionnel de « diacetoxybutadiene » = responsable de la toxicité de caulerpenyne (Lemée et al., 1993). => caractéristique des Caulerpales.

22 Caulerpenyne (Terpénoïdes)
Dans la discussion de cette publication, il émette l’hypothèse que cette diminution pourrait être réinterprété comme une émission de caulerpenyne pour des interactions allélopathiques, ce qui expliquerait pourquoi la concentration diminue. Inhibe le cytochrome P450 qui est une chromoprotéine impliquée dans le transport des électrons. Car caulerpenyne peut traverser membrane cellulaire. Donc inhibe photosynthèse. Variation des concentrations: saison (ainsi que Dumay et al., 2002), lieu et partie de l’algue (Jung et al., 2002). Concentration: 0,03 mg caulerpenyne/gwet weight (Dumay et al., 2002), 3mg caulerpenyne /g fresh weight (Jung et al., 2002), 0,2-0,5%DW (Meyer et Paul, 1992). Concentration faible par rapport à Caulerpa taxifolia et C. prolifera et diminue rapidement (en 1min il n’en reste plus qu’1/3).

23 Caulerpenyne (Terpénoïdes)
Dobretsov et al. (2006) ont étudié la défense allélopathique chez Caulerpa racemosa var. turbinata (invasive) contre des épibiontes. Contradiction avec cette étude les interactions ne serait pas du à la caulerpenyne car elle était pas présente dans le « water borne ». Présente sur la surface des frondes de Caulerpa mais est rapidement dégradé dans l’eau de mer (« water borne ») (Amade et Lemée, 1998)

24 Cymodocea nodosa (Plantae, Embryobiontes, Monocotylédones)
Pourquoi choisir cette espèce? Largement répandue dans la Méditerranée, Caulerpa racemosa var. cylindracea est retrouvée dans ces prairies. Caractéristique de cette plante: plante à fleurs marine submergée. Son appareil végétatif: une tige rampante ou rhizome (1) portant des  racines (2) et des feuilles (3) étroites formant des touffes. Espèce vivace, perd feuilles en hiver. Espèce résistante et assez tolérante du point de vue écologique, Vit dans les vases sableuses de l'étage infralittoral formant de vastes prairies ou herbiers. Biogéographie: méditerranée particulièrement dans les lagunes de Port Cros et de Le Brusc. Dans cette dernière, elle voisine encore avec Zostera noltii qui a en partie disparu et avec Caulerpa taxifolia et Caulerpa racemosa qui s'y est installée. Cymodocea nodosa bénéficie d'une protection nationale. Il convient en effet, de protéger ces herbiers comme les autres à Posidonie ou Zostère pour leur haute biodiversité et leur grande valeur écologique.

25 Rendement quantique optimal RQO « optimal quantum yield »
Rendement quantique est le nombre de molécule transformées au cours d’une réaction photochimique, divisé par le nombre de photons absorbés. En général, le rendement quantique de la photosynthèse est d’un C02 fixé pour 9 protons absorbés, c’est dire 30% (Berthet, 2006, Dictionnaire de Biologie). RQO = indicateur de l’efficacité de la plante dans la conversion de l’énergie lumineuse pendant la photosynthèse. Paramètre utilisé pour suivre conséquence des stress environnemental et anthropique. Ppm: 1 mg par kg ou l.

26 par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite).
Test de phytotoxicité par mesure du rendement quantique optimal RQO (suite). Plus d’explications sur l’expérience: Partie de la plante prélevée pour l’expérience = la troisième partie inférieure de la second feuille intermédiaire de C. nodosa. Température: 16°C Luminosité: 80µmol photons m-2 s-1 Cycle 12h:12h jour: nuit Durant 144h=6j Test préliminaire: pendant 5 min les feuilles sont mis dans le noir : temps minimum pour achever l’oxydation complète de la photosynthèse 2. F0= mesure de la fluorescence initiale, « chlorophyll fluorescence » (après exposition à la nuit). Fm= mesure de la fluorescence maximal RQO=Fv/Fm avec Fv=Fm-Fv : fluorescence variable.

27 Collecte des individus:
Extraction des métabolites secondaires Après le prélevement, Identification à l’aide de H et C-NMR Vérification de la pureté: H-NMR et TLC analyse. « Sonication » = pour être sur de la diffusion totale de caulerpenyne. NMR: Nuclear magnetic resonance: spectroscopie appliquée aux particules. Chromatographie TLC: Thin layer chromatography: CCM: méthode physique de séparation et d’analyse, méthode de dosage de biomolécules. Collecte des individus: -pour Caulerpa racemosa var. cylindracea, directement mis à -20°C après avoir supprimer le matériel organique épiphyte. -pour Cymodocea nodosa mis dans un bassin pour l’expérience.