Molecular mechanisms of plant response to ionising radiation. Exploration of the glucosinolate role in the antioxidative response.
Mécanismes moléculaires de la réponse des plantes aux radiations ionisantes. Exploration du rôle des glucosinolates dans la réponse antioxydante.
Résumé
Terrestrial organisms are exposed to low doses of ionising radiation from natural or anthropogenic sources. The major effects of the radiations are due to DNA deterioration and water radiolysis which generates an oxidative stress by free radical production. Plants constitute good models to study the effects of ionising radiations and the search of antioxidant molecules because of their important secondary metabolism. Thus this thesis, funded by the Brittany region, characterized the physiological and molecular response of the model plant Arabidopsis thaliana to low (10 Gy) and moderate (40 Gy) doses of ionising radiation, and was therefore interested in glucosinolates, characteristic compounds of the Brassicaceae family. The global proteomic and transcriptomic studies carried out on this model revealed (1) a common response for both doses dealing with the activation of DNA repair mechanisms, cell cycle regulation and protection of cellular structures ; (2) an adjustment of the energetic metabolism and an activation of secondary compounds biosynthesis (i.e. glucosinolates and flavonoids) after the 10 Gy dose ; (3) an induction of enzymatic control of ROS, the regulation of cellular components recycling and of programmed cell death after the 40 Gy dose. The potential antioxidative role of glucosinolates was then explored. The in vitro antioxidative power of some glucosinolates and their derivative products were demonstrated. Their modulating effects against irradiation-induced damages were then tested in vivo by simple experimental approaches. The importance of the glucosinolate level to give a positive or negative effect was demonstrated.
Les organismes terrestres sont exposés à des faibles doses de radiations ionisantes d'origine naturelle ou anthropique. Les effets majeurs de ces rayonnements sont dus aux dommages sur l'ADN et à la radiolyse de l'eau qui génère un stress oxydant via la production de radicaux libres. De part leur métabolisme secondaire développé, les végétaux sont utilisés pour l'étude des effets des radiations ionisantes et pour la recherche de molécules antioxydantes. Cette thèse financée par la région Bretagne a donc caractérisé la réponse physiologique et moléculaire de la plante modèle Arabidopsis thaliana à des doses faibles (10 Gy) à modérées (40 Gy) de radiations ionisantes, ainsi que le rôle des glucosinolates, composés caractéristiques de la famille des Brassicaceae. Deux études globales en protéomique et en transcriptomique ont révélée : (1) une réponse commune aux deux doses concernant les mécanismes de réparation de l'ADN, la régulation du cycle cellulaire et la protection des structures cellulaires ; (2) Un ajustement du métabolisme énergétique et une activation des voies métaboliques secondaires (i.e. glucosinolates et flavonoïdes) après la dose 10 Gy ; (3) une induction du contrôle enzymatique des ROS, du recyclage des composés cellulaires et de la mort cellulaire programmée après la dose 40 Gy. Le rôle protecteur des glucosinolates a ensuite été exploré. La capacité antioxydante in vitro de certains d'entre eux et de leurs dérivés a été montrée. Leurs effets modulateurs par rapport à l'irradiation ont été testés in vivo sur des marqueurs physiologiques de croissance. L'importance de la teneur en glucosinolates pour avoir un effet positif ou négatif a été mise en évidence.