Interplaying roles of silicon and Si in the tolerance in Medicago - Ensifer meliloti symbiosis to salinity stress | Étude de l’effet d’apports exogènes de silicium et / ou de proline dans l’amélioration de la tolérance de la symbiose Medicago - Ensifer meliloti aux contraintes salines

إنجليزي. The effects of silicon (Si) and/or proline on the tolerance to salt stress were investigated in alfalfa Medicago sativa L. and Medicago truncatula Gaertn. Two Moroccan M. sativa varieties, Oued Lmalah (OL) and Demnate 201 (Dm), and a European M. sativa variety NS Mediana ZMS V (NS Med) originating from Serbia were used. Experiments were carried out at different stages of development. Results showed that salt stress reduced seed germination and embryo viability and inhibited reserve mobilization, particularly in the NS Med variety. The restricted germination is concomitant with an oxidative stress reflected by high levels of malonyldialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) and ionic toxicity indicated by lower K+/Na+ ratio. However, Si supply induces a significant accumulation of proline and improves seed germination, embryo viability and reserve mobilization. Si also triggers high catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activities and reduces MDA and H2O2 contents. During plant growth, salinity reduces plant growth and nodulation in all of the varieties. Growth restriction is accompanied by a significant decrease in leaf chlorophyll content, chlorophyll fluorescence (Fv/Fm) and stomatal conductance. Salinity also reduces plant nitrogen and K+ and increases Na+. Among the three alfalfa varieties, the European variety NS Med is the most affected. Exogenous supply of Si and proline results in a considerable accumulation of some compatible solutes, such as proline, glycine betaine and soluble sugars together with an enhanced antioxidant enzyme activity, such as SOD, CAT, ascorbate peroxidase and glutathione reductase. This improved leaf relative water content, reduced oxidative stress and therefore restores growth and photosynthetic activity of salt-stressed plants. Similarly, using the model legume M. truncatula, the application of proline and Si modulates the expression of genes encoding enzymes of proline metabolism, such as Pyroline-5-carboxylate synthetase 1 (P5CS1), P5CS2, Ornithine aminotransferase, Proline dehydrogenase 1, and P5C dehydrogenase as well as Low silicon 2 gene encoding a silicon transporter. In conclusion, separate application of proline and Si is more beneficial for improving M. sativa salt tolerance while the combined application of the two molecules is beneficial for M. truncatula.

فرنسي. Les effets du silicium (Si) et/ou de la proline sur l’amélioration de la tolérance à la contrainte saline ont été étudiés chez deux espèces de luzerne, Medicago sativa L. et M. truncatula Gaertn. Deux variétés marocaines de M. sativa L., Oued Lmalah (OL) et Demnate 201 (Dm) et une variété européenne NS Mediana ZMS V (NS Med) originaire de la Serbie ont été utilisées. Les expériences ont été menées aux différents stades de développement sous conditions contrôlées. Les résultats ont montré que la salinité réduit le taux de germination et la viabilité de l’embryon et inhibe la mobilisation des réserves des embryons en particulier chez la variété NS Med. Cette restriction de la germination est concomitante à un stress oxydant reflété par des fortes accumulations en malonyldialdehyde (MDA) et en peroxyde d’hydrogène (H2O2) et une toxicité ionique manifestée par un rapport K+/Na+ très réduit. Cependant, le traitement des graines par le Si induit une forte accumulation de la proline et améliore la germination, la viabilité des embryons et la mobilisation des réserves. Le Si induit également une forte activité de la catalase (CAT) et du superoxyde dismutase (SOD) et réduit la teneur en MDA et en H2O2. Au stade plante, la salinité réduit la croissance des plantes et la nodulation chez toutes les variétés étudiées. Cette restriction de la croissance est associée à une diminution significative de la teneur des feuilles en chlorophylles, de la fluorescence chlorophyllienne (Fv/Fm) et de la conductance stomatique. La salinité réduit la teneur des plantes en azote et en K+ et augmente celle en Na+. La comparaison entre les trois variétés ciblées montre que la variété européenne NS Med est significativement la plus affectée. L’apport exogène de Si ou de proline induit une accumulation significative des solutés compatibles telles que la proline, la glycine betaïne et les sucres solubles et améliore l’activité antioxydante de la SOD, la CAT, l’ascorbate peroxydase et la glutathionne réductase. Par rapport aux plantes non traitées, le Si améliore aussi la teneur relative en eau, réduit le niveau de stress oxydant et rétablit par conséquent la croissance ainsi que l’activité photosynthétique des plantes stressées. De même, chez la plante modèle M. truncatula, l’application de la proline et de Si module l’expression des gènes codant des enzymes du métabolisme de la proline telles que la Pyroline-5-carboxylate synthétase 1 (P5CS1), la P5CS2, l’Ornithine aminotransférase, la Proline déshydrogénase 1 et la P5C déshydrogénase ainsi que le gène Low silicon 2 codant un transporteur du Si. L’apport exogène de Si et/ou de proline montre des effets améliorateurs plus importants quand ces deux molécules sont appliquées séparément chez M. sativa, alors que l’application combinée des deux molécules est plus bénéfique pour M. truncatula. Nos résultats démontrent que l’apport exogène de proline et/ou du Si présente un intérêt évident pour le développement d’une agriculture durable. Le développement de fertilisants enrichis en proline ou Si est fortement recommandé pour améliorer la productivité des cultures sous contraintes environnementales.