Exploration de la résistance à la salinité chez deux variétés graines d’Amaranthus cruentus

Details

Supervisors

Quinet, Muriel ; Luyckx, Adrien

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biologie des organismes et écologie, à finalité approfondie

Abstract

La salinité des sols est un problème majeur dans le monde et notamment dans les régions arides et semi-arides. Ceci est d’autant plus vrai dans le contexte climatique actuel et à venir où il est attendu que ces problèmes augmentent. Les plantes peuvent être affectées à plusieurs niveaux via les 2 composantes du stress salin. La composante osmotique liée à l’accumulation d’ions salins dans la solution du sol entravant ainsi le prélèvement en eau et la composante ionique liée à l’accumulation des ions salins dans les plantes causant ainsi des dégâts internes. Le milieu agricole et donc la sécurité alimentaire sont évidemment touchés par cette problématique. C’est pourquoi les plantes ayant la capacité de tolérer la salinité représentent un intérêt certain pour la recherche. Ces plantes peuvent recourir à plusieurs stratégies de tolérance comme l’exclusion des ions salins hors des cellules et de l’organisme, la séquestration des ions dans les vacuoles, l’utilisation d’antioxydants et l’ajustement osmotique. A.cruentus est une espèce cultivée principalement en Afrique, en Asie et en Amérique du Sud pour la consommation de leurs feuilles ou de leurs graines selon le cultivar. Ces plantes annuelles ont une qualité nutritive certaine et présentent une tolérance à différents stress abiotiques comme les hautes températures, la sécheresse et la salinité. Elles représentent donc une potentielle source alternative de nourriture dans le contexte actuel et futur. Dans cette étude, 2 cultivars d’A.cruentus ont été soumis à 75 mM de NaCl pendant 5 mois en serres. Des mesures de croissance, de floraison, de physiologie et de biochimie ont été réalisée afin d’en apprendre plus sur leur capacité de tolérance et de comparer les 2 cultivars entre eux. Globalement, le cultivar Don Leon est plus tolérant à la salinité que le cultivar Montana 5 dont la croissance a été nettement réduite par la salinité. Cette différence de tolérance semble plutôt liée à la capacité de Don Leon d’améliorer son efficience d’utilisation en eau. Le rendement en graine est cependant très nettement affecté chez les 2 cultivars bien que ce soit plus prononcé pour Montana 5. Ceci suggère que les feuilles sont plus intéressantes d’un point de vue consommation que les graines. Les 2 cultivars ont accumulé du sodium dans leurs tiges et leurs feuilles mais cela ne les a pas empêché d’accumuler du potassium en dépit de leur similarité chimique ce qui traduit le recours à un système de transport hautement spécifique et efficace. Cette large accumulation de sodium en lien avec la capacité de tolérance suggère qu’A.cruentus a recours majoritairement à l’accumulation de sodium pour son ajustement osmotique. Proline, glycine bétaïne et sucres solubles semblent aussi impliqués bien que légèrement dans l’ajustement osmotique. Les teneurs en calcium, fer, cuivre et zinc n’ont pas été très impactées. La salinité a induit l’accumulation de magnésium dans les feuilles des 2 cultivars. Il semble que le magnésium puisse jouer un rôle dans la tolérance à la salinité. Le cultivar Montana 5, bien qu’étant le cultivar sensible, a tout de même réalisé son cycle de vie complet ce qui témoigne une fois de plus de la capacité de tolérance à la salinité d’A.cruentus et justifie leur intérêt d’étude dans cette problématique. Soil salinity is a major problem worldwide, particularly in arid and semi-arid regions. This is especially true in the current and future climate context where these problems are expected to increase. Plants can be affected at several levels via the two components of salt stress. The osmotic component linked to the accumulation of saline ions in the soil solution, thus hindering water abstraction, and the ionic component linked to the accumulation of saline ions in the plants, thus causing internal damage. The agricultural environment and thus food security are obviously affected by this problem. This is why plants with the ability to tolerate salinity are of great interest for research. These plants can use several tolerance strategies such as exclusion of salt ions from the cells and the organism, sequestration of ions in vacuoles, use of antioxidants and osmotic adjustment. Amaranthus cruentus is a species cultivated mainly in Africa, Asia and South America for the consumption of their leaves or seeds depending on the cultivar. These annual plants have a certain nutritional quality and are tolerant to various abiotic stresses such as high temperatures, drought and salinity. They therefore represent a potential alternative food source in the present and future context. In this study, 2 cultivars of A. cruentus were subjected to 75 mM NaCl for 5 months in greenhouses. Growth, flowering, physiological and biochemical measurements were performed to learn more about their tolerance capacity and to compare the two cultivars with each other. Overall, the cultivar Don Leon is more tolerant to salinity than the cultivar Montana 5, whose growth was significantly reduced by salinity. This difference in tolerance seems to be more related to the ability of Don Leon to improve its water use efficiency. However, seed yields were clearly affected in both cultivars, although this was more pronounced in Montana 5. This suggests that the leaves are more interesting from a consumption point of view than the seeds. Both cultivars accumulated sodium in their stems and leaves, but this did not prevent them from accumulating potassium despite their chemical similarity, reflecting the use of a highly specific and efficient transport system. This large accumulation of sodium in relation to tolerance capacity suggests that A. cruentus relies predominantly on sodium accumulation for osmotic adjustment. Proline, glycine betaine and soluble sugars also appear to be involved, albeit slightly, in osmotic adjustment. Calcium, iron, copper and zinc contents were not much affected. Salinity induced magnesium accumulation in the leaves of both cultivars. It seems that magnesium may play a role in salinity tolerance. The cultivar Montana 5, although being the sensitive cultivar, has nevertheless completed its life cycle, which once again demonstrates the salinity tolerance capacity of A. cruentus and justifies their interest in this study.