Role of trichomes and volatile organic compounds in ozone deposition and stress response of tomato plants | Rôle des trichomes et des composés organiques volatils dans le dépôt d’ozone et la réponse des plantes de tomate au stress

英语. Ozone (O3) is a greenhouse gas and an air pollutant that can, at high concentrations, significantly impact the growth and productivity of agricultural and forest ecosystems. However, the sensitivity of plants to O3 differs according to their ecophysiological, morphological and biochemical characteristics. In my PhD work, I have sought to improve our understanding of resistance of tomatoes to ozone, in particular through the properties of trichomes which are reservoirs of VOCs capable of reacting with ozone. The research strategy consisted in analyzing the variability of VOC emissions and their origins in the 8 parent genotypes of the MAGIC TOM population with high genetic variability. This study mainly highlighted the low constitutive emissions of tomato. It was followed by micro-morphological and histochemical analysis of trichomes on parents and their associated mutants to analyze their role in ozone depletion and plant resistance. Wild parents and their associated mutants were contrasted in trichome composition, morphology, type and density. I have measured the main ozone deposition (cuticular, stomatal, and chemical) through the gas-phase reaction of VOCs with ozone. Plant responses to oxidative stress were measured through changes in photosynthesis, stomatal conductance, Fv/Fm ratio and quantification of visible damage, as well as measurements of VOC emissions during and after exposure to different ozone concentrations. Plant responses differed according to the phenotypes analyzed. Overall, photosynthetic falls, VOC LOX were formed and physical damages were observed in response to oxidative stress. Our results underline the weak role of VOCs in ozone destruction by gas phase reaction and outline the role of the density of glandular and non glandular trichomes in plant resistance. In addition, the resistance to ozone observed in a mutant deficient in numerous monoterpenes and sesquiterpenes suggests that other secondary metabolites with high reactivity and ability to cope with oxidative stress are involved. The results allowed to discuss the role of trichomes and constituent VOCs of tomato plants in O3 destruction. Comparison of mutants and wild relatives with distinct trichomes and VOC emissions is a relevant approach to assess the protective power of these traits against ozone. Indeed, better exploitation of trichomes and secondary metabolites (VOCs and CONVs) in plant production could lead to increased plant resistance to oxidative stress.Keywords: Ozone, tomato, VOC, monoterpenes, sesquiterpenes, oxidative stress, ozone deposition, glandular trichomes.

法语. L'ozone (O3) est un gaz à effet de serre et un polluant atmosphérique, qui peut, à concentrations élevées, avoir des conséquences importantes sur la croissance et la productivité des écosystèmes agricoles et forestiers. Cependant, la sensibilité des plantes à l’O3 diffère en fonction de leurs caractéristiques écophysiologiques, morphologiques et biochimiques. Dans mon travail de thèse, j’ai cherché à améliorer notre compréhension des traits de résistance de la tomate à l’ozone, notamment à travers les propriétés des trichomes qui sont des réservoirs de COV capables de réagir avec l’ozone. La stratégie de recherche a consisté à analyser la variabilité des émissions des COV et leurs origines chez les 8 génotypes parents de la population MAGIC TOM présentant une grande variabilité génétique. Cette étude a souligné le faible taux d’émissions constitutives chez la tomate. Elle a été suivie d’analyses micromorphologique et histochimique des trichomes sur des parents et leurs mutants associés pour analyser leur rôle dans la destruction d’ozone et la résistance des plantes. Les parents sauvages et leurs mutants associés étaient contrastés en composition, morphologie, type et densité de trichomes. J’ai mesuré les principaux dépôts d’ozone (cuticulaire, stomatique, et chimique) à travers la réaction des COV avec l’ozone en phase gazeuse. Les réponses des plantes au stress oxydatif ont été mesurées par des changements de la photosynthèse, de la conductance stomatique, du ratio Fv/Fm et par la quantification des dommages visibles, ainsi que par des mesures des émissions de COV et de leurs teneurs pendant et après l’exposition à différentes concentrations d’ozone. Les réponses des plantes différaient selon les génotypes. Globalement il a été observé en réponse au stress oxydatif, une diminution de la photosynthèse, la formation de COV LOX et des lésions physiques. Nos résultats soulignent le faible rôle de la destruction d’ozone par réaction avec les COV en phase gazeuse et le rôle de la densité des trichomes glandulaires et non glandulaires dans la résistance des plantes. En outre, une certaine résistance à l’ozone observée chez un mutant déficient en nombreux monoterpènes et sesquiterpènes suggère que d’autres métabolites secondaires ayant une forte réactivité et capacité à faire face au stress oxydatif sont impliqués. Les résultats ont permis de discuter le rôle des trichomes et des COV constitutifs des plantes de tomates dans la destruction de l'O3. La comparaison des mutants et des parents sauvages ayant des trichomes et des émissions de COV distincts est une approche pertinente pour évaluer le pouvoir protecteur de ces traits contre l’ozone. De fait, une meilleure exploitation des trichomes et des métabolites secondaires (COV et CONV) en production végétale pourrait permettre une résistance accrue des plantes face au stress oxydatif.Mots clés : Ozone, tomate, COV, monoterpènes, sesquiterpènes, stress oxydatif, dépôt d’ozone, trichomes glandulaires.