Les composés phénoliques dans la réponse aux stress abiotiques de Coffea arabica L.

Duangsodsri Teerarat. 2020. Les composés phénoliques dans la réponse aux stress abiotiques de Coffea arabica L.. Montpellier : Université de Montpellier, 214 p. Thèse de doctorat : Biologie, interactions, diversité adaptative des plantes : Université de Montpellier

Titre anglais : Phenolic compounds in the response of Coffea arabica L. to abiotic stresses

Encadrement : Campa, Claudine ; Guari, Yannick

Résumé : Ces travaux comportent deux objectifs majeurs: clarifier dans quelles réponses au stress abiotique les composés phénoliques, et plus particulièrement l'acide chlorogénique 5-CQA, sont impliqués dans les feuilles de café de C. arabica et développer un outil innovant pour étudier les mécanismes cellulaires par lesquels 5- CQA intervient lors de la réponse au stress. Pour atteindre le premier objectif, les plants de café ont été cultivés au champ ou dans des conditions contrôlées et la teneur en composés phénoliques des feuilles matures dans différentes conditions de stress a été analysée. Une première étude comparant les feuilles cultivées au champ ou en conditions contrôlées a montré que les feuilles du champ contenaient un plus grand nombre de composés phénoliques (17 vs 12 dans des conditions contrôlées) et que les flavonoïdes glycosylés sont quasi absents en culture contrôlée. Au champ, en Amérique, 35 génotypes d'Arabica comprenant des accessions sauvages éthiopiennes, des lignées pures américaines et leurs hybrides ont été cultivés en plein soleil ou à l'ombre sous 4 différents climats. Parmi les 17 composés phénoliques, le 5-CQA, le F-dihex, la mangiférine et la rutine pourraient prédire le degré d'adaptation au plein soleil ou à l'ombre. Deux d'entre eux, le 5-CQA et la mangiférine apparaissent comme des biomarqueurs génétiques, capables de différencier les accessions sauvages éthiopiennes des lignées pures américaines. Les travaux en conditions contrôlées ont montré que tous les principaux composés phénoliques, y compris le 5-CQA et le 3,5-diCQA sont impliqués dans la réponse à la variation de l'intensité lumineuse, à la privation d'azote, à l'élévation modérée du régime thermique (imitant les changements climatiques) ou au stress canicule. Cela suggère que le 5-CQA a un rôle central dans la réponse d'Arabica au stress en conditions contrôlées. Cependant, l'absence de flavonoïdes glycosylés, impliqués dans la réponse au stress en conditions naturelles, modifie peut-être le profil de réponse phénolique. Le deuxième objectif propose d'utiliser des nanoparticules pour faire entrer le 5-CQA dans le noyau des cellules de café. La première étape a consisté à obtenir des nanoparticules. Des nanoparticules de bleu de Prusse (PB-NP) de forme cubique de 70 nm de chaque côté ont été synthétisées et du 2-amino anthracène a été greffé sur leur structure pour les rendre observables à 504 nm au microscope confocal. En utilisant la culture de cals de plants de café, il a été montré qu'aucune des nanoparticules de PB-NPs n'était incapable de pénétrer dans les cellules par transport passif. En préparant des protoplastes de café, la pénétration de nanoparticules était observable, en commençant par l'invagination de la membrane du protoplaste. Parmi les différents traitements utilisés pour faciliter la pénétration, l'électroporation donne les meilleurs résultats, sans altérer la viabilité des protoplastes. Ces premiers résultats ouvrent la voie à l'utilisation des nanoparticules pour l'entrée de molécules ciblées dans les cellules végétales. L'enrichissement de nanoparticules en 5-CQA pour sa libération dans les protoplastes constituera la suite de ce travail et permettra de mieux comprendre le mode d'action du 5-CQA dans la réponse au stress.

Résumé (autre langue) : This work has two major goals: clarifying in what abiotic stress responses the phenolic compounds, and more particularly, the chlorogenic acid 5-CQA, were involved in C. arabica leaves and developing an innovative tool to study the cellular mechanisms by which 5-CQA intervene during stress response. To achieve the first goal, coffee plants have been grown in field or in controlled conditions and the phenolic content of mature leaves in different stress conditions have been analyzed. A previous study comparing leaves grown in field and in controlled conditions showed that leaves from field contained a greater number of phenolic compounds (17 vs 12 in controlled conditions) and that glycosylated flavonoids are quasi absent in leaves grown under controlled conditions. In field, stresses were applied by growing at full sun or under shade 35 genotypes, including Ethiopian wild accessions, American pure lines and their hybrids, in four different locations in America. Results show that 5-CQA, F-dihex, mangiferin and rutin are four phenolics that could still predict the degree of adaptation to full sunlight or shade. Two of them, 5-CQA and mangiferin appeared as genetic biomarkers, able to differentiate Ethiopian wild accessions from American pure lines. In controlled conditions, all the major phenolic compounds, including 5-CQA and 3,5-diCQA are involved in the response to variation in light intensity, N deprivation, moderate elevation of the thermal regime (mimicking climate changes) or heat wave stress. This suggests that 5-CQA has a central role in the response of Arabica to stress I controlled conditions. However, the absence of glycosylated flavonoids, involved in stress response in field, may modify the phenolic profile of the coffee plant response to abiotic stresses..The second goal proposes to use nanoparticles to make entering 5-CQA into the nucleus of coffee cells. The first step was to obtain nanoparticles. Prussian-blue nanoparticles (PB-NPs) with a cubic shape of 70 nm were synthetized and 2-aminoanthracene was grafted on their structure to make them observable at 504 nm with a confocal microscope. Using calli culture of coffee plants, it was shown that PB-NPs were unable to penetrate into the cells by passive transport. By preparing coffee protoplasts, penetration of nanoparticles was observable, beginning by the invagination of the protoplast membrane. Among different treatments used to facilitate the penetration, electroporation provides the best results, without altering the viability of the protoplasts. These initial results lead to nanoparticle usage for transporting targeted molecules into plant cells. The enrichment of nanoparticles in 5-CQA for its release in the protoplasts will constitute the continuation of this work and will make it possible to better understand the mode of action of 5-CQA in the stress response.

Mots-clés Agrovoc : composé phénolique, Coffea arabica, réponse de la plante, stress abiotique

Classification Agris : F60 - Physiologie et biochimie végétale
H50 - Troubles divers des plantes

Auteurs et affiliations

• Duangsodsri Teerarat, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/599123/)

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