Réponses physiologiques et moléculaires au cadmium chez le pois mycorhizé et non mycorhizé

La pollution par le cadmium (Cd) dans les sols affecte le développement des plantes et des microorganismes rhizosphériques, dont les champignons mycorhizogènes à arbuscules (MA). Nous avons étudié les interactions Cd-mycorhize à arbuscules chez Pisum sativum L. en relation avec les effets de la mycorhization sur la toxicité métallique, les réponses moléculaires liées aux mécanismes de détoxification par les métallothionéines (MT) et les phytochélatines (PC), et la variation génotypique du pois vis-à-vis du stress induit par Cd. Des perturbations physiologiques dues à la pollution par le Cd dans le sol ont été observées chez trois génotypes de pois (cv. Frisson, VIR4788, VIR7128) qui présentent des symptômes typiques (chlorose, perte de turgescence sécheresse des feuilles), une diminution de la production de biomasse ainsi que de l'activité du photosystème II. L'inoculation des plantes avec le champignon MA Glomus intraradices (BEG 141) atténue l'impact négatif du Cd sur la croissance et l'activité photosynthétique des trois génotypes, mais une variabilité génotypique a été observée pour l'effet tampon de la mycorhization. La mycorhization augmente de manière significative la concentration de Cd dans les feuilles de cv. Frisson et VIR4788, et diminue la concentration dans les racines de cv. Frisson. Le rôle protecteur de la mycorhization vis-à-vis du Cd n'est pas lié à l'amélioration de la nutrition phosphatée. La mycorhization augmente l'activation de gènes de pois codant une heat-shock protein 70, des MTs, une homoglutathione synthétase et une phytochélatine synthétase, mais n'affecte pas l'accumulation des groupes thiol. L'accumulation de Cd chez les plantes traitées est plus élevée dans les racines (20-50 fois) que dans les feuilles, et la plupart du Cd absorbé (94-97%) est retenu dans les systèmes racinaires des trois génotypes. L'accumulation plus élévée de Cd dans les racines et/ou gousses chez cv. Frisson et VIR7128 suggère que ces deux génotypes sont plus tolérants au métal lourd que VIR4788. L'expression des gènes de stress, des gènes codant les MT, ainsi que les gènes impliqués dans la synthèse d'enzymes du métabolisme du glutathione (GSH), le précurseur des PCs, a augmenté dans les racines de pois en présence de Cd. Une variabilité génétique chez les trois génotypes vis-à-vis de la pollution par le Cd a été confirmée par l'analyse de l'expression de trois gènes de stress, les gènes des voies de détoxification, ainsi que par l'accumulation de groupes thiol. L'association symbiotique pois-champignon MA constitute une stratégie potentielle pour la revégétation des sols sévèrement fragilisés par les métaux lourds.Cadmium (Cd) pollution in soils affects the development of plants and rhizosphere microorganisms, including arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). In this work, we studied Cd-arbuscular mycorrhiza (AM) interactions in Pisum sativum L. in relation to AM effects on metal toxicity, molecular responses related to detoxification mechanisms by metallothioneins (MT) and phytochelatins (PC), and genotypic variation vis-à-vis Cd stress in pea genotypes. Physiological disturbance by soil Cd pollution was observed in three pea genotypes (cv. Frisson, VIR4788, VIR7128) by typical symptoms (chlorosis, decreases in turgor, leaf dessication), decrease in biomass production and reductions in photosystem II activity. Inoculation of plants with the AMF G. intraradices (BEG 141) attenuated the negative impact of Cd on the growth and photosynthetic activity of the three pea genotypes, but genetic variability existed in the extent of this buffering effect of AM. AM significantly increased the concentration of Cd in shoots of cv. Frisson and VIR4788, and decreased root concentrations in cv. Frisson. The protective effect of AM against HM was not linked to an improved P nutrition. AM enhanced activation of pea genes encoding a heat-shock protein 70, MTs, a homoglutathione synthetase and a phytochelatin synthetase, but not accumulation of thiol groups in Cd-exposed roots. Levels of Cd accumulation in Cd-stressed plants were higher in roots (20-50-fold) than shoots, and the large majority of absorbed Cd (94-97%) was retained in the root systems of the three pea genotypes. A higher accumulation of Cd in roots and/or pods of cv. Frisson and VIR7128 suggested that these genotypes are more tolerant to the HM than VIR4788. The expression of stress-related plant genes, MT-encoding genes, as well as genes involved in the synthesis of enzymes participating in glutathione (GSH) metabolism, a precursor of PCs, increased in pea roots exposed to Cd. Genetic variability in the three pea genotypes vis-à-vis Cd pollution was confirmed by expression analysis of three stress-related genes, the genes involved in detoxification pathways, as well as accumulation of thiol groups. The symbiotic association pea-AMF constitutes a potential strategy for revegetation of soils severely fragilised by HM.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Correlación entre propiedades físico-químicas y biológicas en suelos del distrito de Tlacolula, Oaxaca

Instituto Politécnico Nacional CIIDIR Oaxax

Effet d’un cocktail de pesticides sur une communauté bactérienne fonctionnelle du sol impliquée dans la dégradation de composés aromatiques

National audienceDepuis la Seconde Guerre Mondiale, les pesticides sont utilisés partout dans le monde de façon quasi-généralisée dans l’agriculture intensive. En France, la vigne est une des cultures recevant le plus de traitements phytosanitaires. Une fraction des pesticides appliqués sur la vigne s’accumule dans le sol. Les résidus de pesticides sont suspectés d’altérer la composante biologique du sol en modifiant l’équilibre des populations microbiennes et en perturbant, in fine, les fonctions écosystèmiques qu’elles remplissent. Dans ce contexte, nous avons étudié les effets d’un cocktail de pesticides composé de deux fongicides (fenhexamide, folpel) et d’un insecticide (deltamétrine) sur des communautés bactériennes fonctionnelles présentes dans des sols viticoles, conduits selon trois pratiques distinctes (i) enherbement, (ii) désherbage mécanique et (iii) désherbage chimique. La structure, la diversité et l’abondance de la communauté bactérienne pca (protocatéchuate), impliquée dans la dégradation de composés aromatiques, ont été évaluées 3 et 30 jours après l’application des pesticides (El Azhari et coll, 2007). Les résultats de cette étude seront présentés

Tolérance au cadmium et mécanismes de détoxification chez le pois mycorhizé

National audienc

Changes in the <em>glomeromycota</em> community in soils treated with a mix of pesticides

International audienc

Cadmium accumulation and buffering of cadmium-induced stress by arbuscular mycorrhiza in three Pisum sativum L. genotypes

International audienc

Molecular responses to cadmium in roots of Pisum sativum L.

Publication Inra prise en compte dans l'analyse bibliométrique des publications scientifiques mondiales sur les Fruits, les Légumes et la Pomme de terre. Période 2000-2012. http://prodinra.inra.fr/record/256699International audienceMolecular responses to Cd were studied in roots of three pea genotypes (cv. Frisson, VIR4788, VIR7128) growing in a polluted substrate. Root and shoot fresh biomass was decreased by Cd pollution in all genotypes. Gene expression profiling after one weeks' exposure to Cd revealed that genes encoding stress-related proteins (heat-shock protein, pI206, chitinase, chalcone isomerase), a metallothionein, γ -glutamylcysteine synthetase and glutathione reductase were up-regulated in the pea genotypes. A glutathione synthetase gene was activated only in VIR4788 but a homoglutathione synthetase gene was unaffected by Cd, and concomitantly glutathione/homoglutathione accumulation in plant roots did not change with Cd stress. However, the overall concentration of thiol groups, which indicate the presence of phytochelatins and/or homophytochelatins, increased more than 2-fold

Molecular changes in Pisum sativum L. roots during arbuscular mycorrhiza buffering of cadmium stress

Publication Inra prise en compte dans l'analyse bibliométrique des publications scientifiques mondiales sur les Fruits, les Légumes et la Pomme de terre. Période 2000-2012. http://prodinra.inra.fr/record/256699International audienceMolecular responses to cadmium (Cd) stress were studied in mycorrhizal and non-mycorrhizal Pisum sativum L. cv. Frisson inoculated with Glomus intraradices. Biomass decreases caused by the heavy metal were significantly less in mycorrhizal than in non-mycorrhizal plants. Real-time reverse transcriptase–polymerase chain reaction showed that genes implicated in pathways of Cd detoxification varied in response to mycorrhiza development or Cd application. Expression of a metallothionein-encoding gene increased strongly in roots of Cd-treated non-mycorrhizal plants. Genes encoding γ-glutamylcysteine synthetase and glutathione (GSH) synthetase, responsible for the synthesis of the phytochelatin (PC) precursor GSH, were activated by Cd in mycorrhizal and non-mycorrhizal plants. Cd stress decreased accumulation of GSH/homoglutathione (hGSH) and increased thiol groups in pea roots, whether mycorrhizal or not, suggesting synthesis of PCs and/or homophytochelatins. An hGSH synthetase gene, involved in hGSH synthesis, did not respond to Cd alone but was activated by mycorrhizal development in the presence of Cd. Transcript levels of a glutathione reductase gene were only increased in non-mycorrhizal roots treated with Cd. Studies of three stress-related genes showed that a heat-shock protein gene was activated in mycorrhizal roots or by Cd and chitinase gene transcripts increased under Cd stress to a greater extent in mycorrhizal roots, whilst a chalcone isomerase gene was only up-regulated by Cd. Results indicate that although heavy metal chelation pathways contribute to Cd stress responses in pea, they may not make a major contribution to Cd tolerance strategies operating in the arbuscular mycorrhizal symbiosis

Cadmium accumulation and buffering of cadmium-induced stress by arbuscular mycorrhiza in three <i>Pisum sativum</i> L. genotypes

The role of arbuscular mycorrhiza in reducing Cd stress was investigated in three genotypes of Pisum sativum L. (cv. Frisson, VIR4788, VIR7128), grown in soil/sand pot cultures in the presence and absence of 2—3 mg kg-1 bioavailable Cd, and inoculated or not with the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices. Shoot, root and pod biomass were decreased by Cd in non-mycorrhizal plants. The presence of mycorrhiza attenuated the negative effect of Cd so that shoot biomass and activity of photosystem II, based on chlorophyll a fluorescence, were not significantly different between mycorrhizal plants growing in the presence or absence of the heavy metal (HM). Total P concentrations were not significantly different between mycorrhizal and non-mycorrhizal plants treated with Cd. From 20—50-fold more Cd accumulated in roots than in shoots of Cd-treated plants, and overall levels were comparable to other metal-accumulating plants. Genetic variability in Cd accumulation existed between the pea genotypes. Concentration of the HM was lowest in roots of VIR4788 and in pods of VIR4788 and VIR7128. G. intraradices inoculation decreased Cd accumulation in roots and pods of cv. Frisson, whilst high concentrations were maintained in roots and pods of mycorrhizal VIR7128. Shoot concentrations of Cd increased in mycorrhizal cv. Frisson and VIR4788. Sequestration of Cd in root cell walls and/or cytoplasm, measured by EDS/SEM, was comparable between non-mycorrhizal pea genotypes but considerably decreased in mycorrhizal cv. Frisson and VIR7128. Possible mechanisms for mycorrhiza buffering of Cd-induced stress in the pea genotypes are discusse