Rôle des hormones Développement des plantes vasculaires M28 2017-2018 09/06/2018 Développement des plantes vasculaires M28 2017-2018 Croissance et développement des Plantes Rôle des hormones Pr. Bendriss Amraoui M. Mohamed.bendrissamraoui@usmba.ac.ma

I- L’auxine = AIA a- élongation cellulaire = Auxèse Rôle des hormones 09/06/2018 Rôle des hormones I- L’auxine = AIA a- élongation cellulaire = Auxèse Des segments d'hypocotyle de soja sont placés dans l'auxanomètre et leur croissance en longueur enregistrée au cours du temps. La courbe bleue représente le témoin. Au moment indiqué par la flèche rouge, de l'auxine (AIA 10-5M) est ajoutée dans le milieu (courbe noire). On observe une augmentation remarquable de la vitesse de croissance après un temps de latence de 15 à 20 minutes.

09/06/2018 Rôle des hormones La même expérience est réalisée en enregistrant le pH du milieu qui entoure les échantillons. On observe une baisse de pH (de 0,4 unités) après un temps de latence de 8 à 10 minutes.

09/06/2018 Rôle des hormones Dans cette expérience, les échantillons sont placés dans un milieu tamponné (pH 6,4). Au moment indiqué par la flèche rouge, le milieu est changé par un tampon acide (pH 4,5). On observe une augmentation immédiate de la vitesse d'élongation. AIA déclenche une élongation et une acidification du milieu.

Rôle des hormones 09/06/2018

2- Activation des enzymes glycosylhydrolases de la paroi 09/06/2018 Rôle des hormones L’acidification de la matrice pecto-cellulosique de la paroi provoque: 1- Modification des liaisons hydrogènes entre les polymères de la paroi 2- Activation des enzymes glycosylhydrolases de la paroi 3- Activation des expansines, protéines qui s’intercale entre cellulose et xyloglucane, permettant le relâchement.

09/06/2018 Rôle des hormones

4- Déplacement de K+ vers le cytosol puis la vacuole 09/06/2018 Rôle des hormones 4- Déplacement de K+ vers le cytosol puis la vacuole Augmentation de P.O. vacuolaire Turgescence La résistance de la paroi relâchée étant inferieure à la pression de turgescence étire la cellule alors sous la contrainte mécanique.

Remarque: Rôle des hormones 09/06/2018 Rôle des hormones Remarque: La forme de la cellule résulte de l’orientation de l’extension de la paroi : 1- Cellule allongée: une différence d’extension des côtés par rapport aux pôles. 2- Cellule subsphérique: une résistance égale dans toutes les directions. Croissance polarisée Croissance non polarisée

b- Phototropisme Rôle des hormones 09/06/2018 Rôle des hormones b- Phototropisme Molécules Des phototropismes positif et négatif : les feuilles se dirigent vers la lumière les racines s'en éloignent.

09/06/2018 Rôle des hormones EXPERIENCES de DARWIN (1881) Molécules

UNE REPONSE PHOTOTROPIQUE SANS LUMIERE !! 09/06/2018 Rôle des hormones EXPERIENCES de WENT (1925) Molécules A la lumière A l’obscurité UNE REPONSE PHOTOTROPIQUE SANS LUMIERE !!

Test de l’hypothèse de destruction 09/06/2018 Rôle des hormones Test de l’hypothèse de destruction On place le bloc de gélose à la base du sommet de deux coléoptiles. L’un est exposé à la lumière, l’autre à l’obscurité. Molécules L’auxine diffuse dans le bloc de gélose. Que devrait-on trouver si l’hypothèse 1 est vraie ? Si la lumière détruit la moitié de l’auxine présente, alors le coléoptile devrait moins se courber. On observe la même courbure L’hypothèse 1 est rejetée

Rôle des hormones QUEL COLEOPTILE VA-T- IL LE PLUS SE COURBER ? 09/06/2018 Rôle des hormones QUEL COLEOPTILE VA-T- IL LE PLUS SE COURBER ? Molécules LES CELLULES AYANT LES CONCENTRATIONS EN AUXINE LES PLUS FORTES S'ALLONGENT D’AVANTAGE

Mécanisme : Hormones végétales 09/06/2018 Hormones végétales Mécanisme : Lors d’un éclairement anisotrope, la flavine mononucléotide (FMN ) des cellules de l’apex absorbe les radiations bleues Fixation de la FMN à la phototropine de la MP Complexe FMN-phototropine s’autophosphoryle

Complexe FMN-phototropine Autophosphorylation 09/06/2018 Hormones végétales sur la face non éclairée, signaux intracellulaires une redistribution et accumulation de l’auxine sur la face non éclairée Complexe FMN-phototropine Autophosphorylation

II- Phytohormones & bg.ax. 09/06/2018 Rôle des hormones II- Phytohormones & bg.ax. Bg. ax = ∑cellules meristematiques à l’aisselle des feuilles La croissance des bg.ax est stoppée.

c: plante décapitée + AIA 09/06/2018 Rôle des hormones Expérience: a: plante intacte b: plante décapitée Molécules c: plante décapitée + AIA a - b: Le développement des bg.ax est inhibé par l’apex en activité. A - c: Le développement des bg.ax demeurait bloqué en présence d’auxine.

Comment AIA inhibe le bg.ax? Tige Bourgeon axillaire Croissance Racine [AIA] optimale nécessaire à l’allongement de la tige, est >>> à la [ ] nécessaire à la croissance du bg.ax

Comment AIA inhibe le bg.ax? Tige Bourgeon axillaire Croissance Racine Donc l’allongement de la tige inhibe la croissance du bg.ax

09/06/2018 Rôle des hormones Expérience: Molécules

09/06/2018 Rôle des hormones Molécules 1 2 3

09/06/2018 Rôle des hormones Molécules

09/06/2018 Rôle des hormones Molécules

ABA du bg.ax est sous contrôle d’AIA du bg.ap. 09/06/2018 Rôle des hormones 1 corrélation existe entre l’inhibition du bg.ax et son contenu en a. abscissique (ABA). ABA de bg.ax de plants décapités <<< ABA de bg.ax de plants intacts. ABA du bg.ax est sous contrôle d’AIA du bg.ap. 1 application d’ABA ou de Cytokinine sur bg.ap lève inhibition du bg.ax.

09/06/2018 Rôle des hormones Molécules

III- Phytohormones & racines 09/06/2018 Hormones végétales III- Phytohormones & racines Élongation & Ramification des racines L’AIA aérienne active l’élongation des racines à très faible [….] ≤10-8 M. élongation

Il y a Initiation de racines secondaires 09/06/2018 Rôle des hormones habituellement Par contre Il y a Initiation de racines secondaires par AIA produite dans la partie feuillée (feuille + bourgeon) qui assure le contrôle de ce type de racines.

Élongation des racines Souvent L’ablation des pointes de racines ou l’application d’antagonistes d’AIA Élongation des racines 09/06/2018 Rôle des hormones Souvent Donc : production d’AIA endogène des pointes de racines est suffisamment Élongation des racines.

Élongation est contrôlée par AIA foliaire et racinaire 09/06/2018 Rôle des hormones Conclusion Élongation est contrôlée par AIA foliaire et racinaire Ramification est contrôlée par AIA produite dans la partie feuillée

09/06/2018 Rôle des hormones Organogenèse Un équilibre des cytokinines et des auxines détermine ce qui se régénère

10 BA mg/L Cal Feuille F C T R Racines Témoin 5 AIA mg/L

Feuille Cal Témoin Racine

IV- Phytohormones & tige 09/06/2018 Rôle des hormones IV- Phytohormones & tige Rappel: Phytomères En botanique, un phytomère est une unité fonctionnelle constitutive d'une plante. La croissance de cette dernière est déterminée par la répétition et l'empilement des phytomères. Les phytomères sont produits continuellement pendant toute la durée végétative d'une plante. Un phytomère est constitué typiquement d'un nœud à partir duquel se développe une feuille, d'un entrenœud, c'est-à-dire d'un segment de la tige compris entre deux nœuds successifs et d'un bourgeon axillaire situé à la base de la feuille

09/06/2018 Rôle des hormones 1- Allongement des phytomères est assuré par une croissance subapicale, liée à l’activité auxinique sur les tissus sensibles à l’AIA.

et stimulent Les parties insensibles à l’AIA et 09/06/2018 Hormones végétales Les parties insensibles à l’AIA et les portions internodales sont soumises à l’action des Gibbérelline (GA) qui activent la multiplication cellulaire et stimulent l’élongation cellulaire

L’activité de l’AIA & GA est complétée par celles : 09/06/2018 Rôle des hormones L’activité de l’AIA & GA est complétée par celles : du jasmonate qui stimule l’élongation cellulaire des brassinostéroïdes qui activent la multiplication et l’élongation cellulaires L’ABA opère comme antagoniste des GA car il ralentit l’allongement des entrenœuds.

2- Formation de nouvelles unités végétatives 09/06/2018 Hormones végétales 2- Formation de nouvelles unités végétatives La néoformation des bourgeons est stimulée par CK en présence d’une faible [AIA]. GA lève la dormance des bg.axs. L’ABA & l’AIA avec un effet antagoniste de CK maintiennent les bourgeons en dormance.

09/06/2018 Rôle des hormones 3- Croissance en épaisseur est déterminée par la synergie CK-AIA qui active les divisions cellulaires du cambium dont les dérivés xylémiens se différencient sous l’influence de l’auxine seule. Molécules

V. Phytohormones & feuille 09/06/2018 Rôle des hormones V. Phytohormones & feuille Les feuilles mises en place au niveau des apex caulinaires croissent sous l’effet combiné de plusieurs phytohormones. Les brassinostéroïdes tous comme l’auxine stimulent la prolifération et l’élongation des cellules lors de l’organogenèse foliaire.

l’élongation de la surface du limbe chez les monocotylédones. 09/06/2018 Rôle des hormones L’action de l’auxine est différente selon les espèces; elle stimule : l’élongation des pétioles et ralentit la croissance du limbe chez les dicotylédones. l’élongation de la surface du limbe chez les monocotylédones. Cette action auxinique est renforcée par les GA, en synergie avec les CK.

Après la phase fonctionnelle de la feuille: 09/06/2018 Rôle des hormones Après la phase fonctionnelle de la feuille: CK intervient en retardant la chlorose. l’AIA ralenti le vieillissement foliaire et inhibe ainsi la chute foliaire.

VI- Gravitropisme Hormones végétales 09/06/2018 Hormones végétales VI- Gravitropisme La force de gravité, dirigée vers le centre de la Terre, a-t-elle des effets sur: La forme et la longueur des racines. L’ondulation (« waving ») L'inclinaison (« skewing »). Ondulation: détecte et évite un obstacle Inclinaison: la capacité à s'incliner lorsque les racines sont le long d'une surface verticale

En absence de gravité (B) mais en présence de lumière directionnelle les racines ont grandi dans la direction opposée, comme elles le font sur Terre. Néanmoins, l'angle d'inclinaison des plantes dans l'espace n'est pas le même que sur Terre.  WS plus que Col-0

La taille des plantes est uniformément plus petite que celle des plantes terrestres des deux cultivars.

Les processus d'ondulation et d'inclinaison représentent deux phénomènes distincts. D’autres tropismes comme pour l’oxygène et la température n’influencent pas l’inclinaison. Les plantes utilisent la gravité comme tropisme  pour s'orienter vers la surface de la Terre. Mais la gravité n'est pas un paramètre essentiel ni pour l’orientation des racines, ni pour l'influence de la croissance des racines.

Depuis longtemps on a découvert que l’AIA joue un rôle dans le gravitropisme:

Mécanisme d’action de l’AIA : Le repositionnement des statolithes mobiles modifie la perméabilité de la membrane plasmique. Ainsi, le calcium entre dans le cytosol où il active des protéines PIN, qui sont situées dans la membrane plasmique. Cette activation des PIN redistribue l’auxine dans les tissus de l’apex racinaire.

Mais es-ce que c’est tout ??: 09/06/2018 Hormones végétales Mais es-ce que c’est tout ??: L'acide abscissique (ABA) joue un rôle dans le gravitropisme racinaire et a mené à un débat intense sur la question de savoir si l'ABA agit de la même façon que l'auxine en traduisant le signal gravitationnel en direction radiculaire. Bien que des progrès considérables aient été réalisés au cours des deux dernières décennies pour établir le rôle de l'auxine dans le gravitropisme racinaire, peu de progrès ont été réalisés dans la caractérisation du rôle de l'ABA dans ce processus.

09/06/2018 Hormones végétales En fait, les racines de plantes qui ont des niveaux indétectables d'ABA et qui présentent une réponse gravitropique normale ont soulevé de sérieux doutes quant à savoir si l'ABA joue un rôle quelconque dans le gravitropisme racinaire.

Données : Lorsque les plants d'Arabidopsis sont cultivés dans une chambre fermée avec un gradient d'humidité, leurs racines s'éloignent de la région de potentiel hydrique inférieur. Cette réponse hydrotropique surmonte la réponse gravitropique.

Une forte concentration de KNO3 dans le milieu favorisant l’ondulation des racines. Une forte concentration de KNO3 a un effet négatif sur le gravitropisme racinaire et cet effet est dû en partie à la forte force ionique et en partie à cause du signal élevé de nitrate. Aux1-7: mutant déficient dans le transport/réponse à l’AIA .

Aux1-7: mutant déficient dans le transport/réponse à l’AIA . Col: variété sauvage. Down-wards curvature: courbure vers le bas Up-wards curvature: courbure vers le haut. L'ABA affecte la fréquence avec laquelle les racines horizontales des mutants agravitropes se courbent vers le haut ou vers le bas sur le milieu sans ABA (-) et avec ABA (+). Les flèches indiquent la direction de la gravité. Les plants ont été germés et cultivés pendant 5 jours sur un milieu KNO3 faible, puis transférés dans du milieu ABA -et ABA + (Han et al. 2009).

Aux1-7: mutant déficient dans le transport/réponse à l’AIA . NPA: inhibiteur du transport de l’AIA. ABA: Acide Abscissique Effet du NPA sur les racines placées horizontalement et verticalement des mutants agravitropiques.

L'effet négatif de l'ABA et du NPA sur le gravitropisme racinaire des mutants défectueux dans le transport de l’AIA suggère que l'ABA agit probablement de la même manière que NPA en inhibant le transport d'auxine (effet antagoniste de l’auxine?).

Les marqueurs sensibles à l'auxine IAA2 :: GUS (e-g) et DR5-GFP (k-m) dont l'expression est étroitement liée à l'auxine endogène sont utilisés chez les plantes aux1-7 pour vérifier si l’ABA agit de la même manière que NPA.

Les racines traitées à la NPA ont montré une augmentation de l'accumulation d'auxine dans le méristème racine (forte intensité de couleur vert fluorescent). Cependant, malgré sa similitude avec le NPA dans la promotion l'agravitropisme racinaire, l'ABA n'a pas induit l'accumulation d'auxine dans le méristème racine (faible intensité de couleur vert fluorescent ), suggérant que l'ABA et le NPA agissent par différents mécanismes. L’ABA ne semble pas inhiber le transport de l’auxine.

Conclusion : L'ABA comme le nitrate joue un rôle opposé à celui de l'auxine et il est un régulateur négatif de la réponse gravitropique des racines d'Arabidopsis.