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Qualité des graines de légumineuses

Carbonylation des protéines au cours de la maturation des graines chez Medicago truncatula.

Graines de Medicago truncatula récoltées au cours de la maturation © IRHS

A la fin du développement des graines de légumineuses (Figure 1), la phase de maturation est cruciale pour que la qualité germinative des graines soit optimale, conduisant à la production de plantes vigoureuses, garantissant ainsi le succès des cultures. Le retrait de l’eau de la graine durant sa maturation est un processus oxydant qui conduit à une carbonylation de certaines protéines. Pour mieux comprendre le rôle de cette modification oxydante qui dénature les protéines, nous avons comparé par protéomique le profil des protéines solubles carbonylées dans des graines d’une légumineuse modèle, Medicago truncatula, lors d’une dessiccation naturelle ou en cas de séchage prématuré, traitement connu pour nuire à la qualité des graines.

Figure 1: Graines de Medicago truncatula récoltées au cours de la maturation de 28 à 48 JAP (JAP : jours après pollinisation ; 48 JAP : stade mature).. © Inra, IRHS
Figure 1: Graines de Medicago truncatula récoltées au cours de la maturation de 28 à 48 JAP (JAP : jours après pollinisation ; 48 JAP : stade mature). © Inra, IRHS

D’une façon inattendue, la carbonylation cible les mêmes protéines que le séchage des graines soit naturel ou prématuré. Cependant, le niveau de carbonylation de certaines protéines cibles dépend du mode de dessiccation. La plupart des 38 protéines carbonylées identifiées (Figure 2) semblent en lien  avec l'acquisition  de la qualité germinative de la graine. Parmi ces protéines, PM34 (spots 35 et 36) est celle qui apparaît être la plus sensible à la carbonylation.  Cette protéine, spécifique des graines mais de fonction jusque-là inconnue chez les Eudicotylédones, possède une activité cellulase chez M. truncatula. Inactivée massivement par carbonylation dans les graines matures de bonne qualité, elle pourrait être décarbonylée et jouer un rôle dans l'allongement des cellules au moment de la germination des graines et la croissance des plantules.

Ce travail a permis de mettre en évidence que le niveau de carbonylation des protéines dans les graines en maturation de Medicago truncatula dépend du mode de dessiccation, que PM34 a une activité cellulase et que la carbonylation de cette protéine joue un rôle dans l’expression de la qualité des graines de légumineuses. L’abondance ou l’état de carbonylation de PM34 pourraient être utilisés comme marqueurs pour évaluer la qualité des graines de plantes cultivées.

Figure 2: Les proteines carbonylées au cours de la maturation des graines de Medicago truncatula séchées prématurément ou naturellement sont similaires mais diffèrent par leur niveau de carbonylation. Les protéines solubles ont été extraites de graines immatures, récoltées 32 jours après la pollinisation des fleurs, puis séchées artificiellement (32D seeds) ou de graines matures séchées naturellement (48 jours ; Mature seeds).  Elles ont été marquées au dinitrophénylhydrazone (DNP) qui réagit avec les carbonyles puis séparées en gel d’électrophorèse en deux dimensions.  À gauche, profil des protéines totales colorées au bleu de Coomassie ; à droite, profil des protéines carbonylées, révélées par chimioluminescence (ECL) à l’aide d’un anticorps anti-DNP après transfert des protéines sur membranes. Les protéines numérotées ont été identifiées.. © Inra, IRHS
Figure 2: Les proteines carbonylées au cours de la maturation des graines de Medicago truncatula séchées prématurément ou naturellement sont similaires mais diffèrent par leur niveau de carbonylation. Les protéines solubles ont été extraites de graines immatures, récoltées 32 jours après la pollinisation des fleurs, puis séchées artificiellement (32D seeds) ou de graines matures séchées naturellement (48 jours ; Mature seeds). Elles ont été marquées au dinitrophénylhydrazone (DNP) qui réagit avec les carbonyles puis séparées en gel d’électrophorèse en deux dimensions. À gauche, profil des protéines totales colorées au bleu de Coomassie ; à droite, profil des protéines carbonylées, révélées par chimioluminescence (ECL) à l’aide d’un anticorps anti-DNP après transfert des protéines sur membranes. Les protéines numérotées ont été identifiées. © Inra, IRHS

Partenaires : cette étude a été réalisée au sein de l’équipe SMS de l’UMR IRHS à Angers, en collaboration avec l'UMR MAP à Lyon.

Publication associée : Satour P, Youssef C, Châtelain E, Ly Vu B, Teulat B, Job C, Job D and F Montrichard (2018). Patterns of protein carbonylation during Medicago truncatula seed maturation, Plant Cell Environment, sous presse.

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Biologie et amélioration des plantes
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Pays de la Loire