Tolérance au Cu chez Agrostis capillaris L. : du phénotype vers les mécanismes moléculaires

Des populations tolérante (métallicole: M) et sensible (non-métallicole: NM) d’Agrostis capillaris L. ont été exposées à des doses croissantes de Cu (1-50 μM) pour étudier la tolérance au Cu par une approche pluridisciplinaire. Selon les paramètres phénotypiques (biomasse, longueur des feuilles et symptômes visuels), les plantes M ont une meilleure croissance aux expositions supérieures à 10 μM Cu. Les concentrations en Cu des tissus reflètent une rétention racinaire (phénotype d’exclusion) et une réduction de la translocation vers les feuilles quand le stress augmente. En excès de Cu, le protéome soluble racinaire présente des altérations du métabolisme énergétique chez M et NM, plus marquées chez NM (glycolyse, cycle de Krebs /phosphorylation oxydative). Le protéome foliaire indique des impacts sur les phases claires et obscures de la photosynthèse chez M et NM, et un besoin plus important en acides aminés soufrés (augmentation des cystéine et méthionine synthases). Chez NM, l’augmentation d’enzymes de la glycolyse, de la voie des pentoses phosphates et du cycle de Calvin indiquent un besoin énergétique accru, tandis que la stimulation des chaperonnes et des processus de synthèse protéique suggère des impacts sur le métabolisme des protéines et celle des enzymes redox un stress oxydatif plus fort. Plusieurs protéines, surexprimées ou accumulées, interviendraient dans la tolérance au Cu chez M, en protégeant le métabolisme des protéines (HSP70, racines et feuilles) et en augmentant les mécanismes anti-oxydants (ascorbate péroxydases), de détoxification (GST et aldéhyde déshydrogénase) et de protéolyse (peptidase et protéasomes, racines).

Cu-tolerant (metallicolous: M) and sensitive (non-metallicolous: NM) populations of Agrostis capillaris L. were exposed to increasing Cu concentrations (1-50 μM) to investigate Cu tolerance by a pluridisciplinary approach. Phenotypic parameters (biomass production, shoot length, and visual symptoms) indicated a higher growth and a better fitness of M plants over 10 μM Cu. Plant Cu concentrations indicated root Cu retention (‘excluder’ phenotype) and a reduced root-to-shoot translocation with increasing Cu stress. Based on root soluble proteome energy metabolism was altered by Cu excess in both populations with stronger impacts in NM (glycolysis, Krebs cycle/oxidative phosphorylation). Changes in shoot proteome showed impacts on both light dependent and independent photosynthesis phases in both populations, and an enhanced need in S-containing amino-acids (up-regulation of cysteine/methionine synthases). In NM leaves, increase of enzymes involved in glycolysis, pentose phosphate pathway and Calvin cycle indicated a stimulation of energy metabolism, while enhanced protein synthesis processes and protein chaperones suggested impacts on protein metabolism and increase of redox enzymes indicated a higher oxidative stress. Several over-expressed or accumulated proteins may be pivotal for Cu tolerance in M plants, for protecting protein metabolism (Heat shock protein 70kDa, roots and leaves), increasing anti-oxidative (ascorbate peroxidases, roots) – detoxification (Glutathione S-transferase and aldehyde dehydrogenase, roots) and proteolysis (peptidase and proteasome subunits) processes.