Régulateurs de croissance des plantes (RCP)constituent une méthode rentable pour renforcer les défenses des plantes en conditions de stress. Cette étude a examiné la capacité de deuxPGRL'utilisation de la thiourée (TU) et de l'arginine (Arg) pour atténuer le stress salin chez le blé a été étudiée. Les résultats ont montré que la TU et l'Arg, en particulier lorsqu'elles sont utilisées conjointement, régulent la croissance des plantes soumises à ce stress. Ces traitements augmentent significativement l'activité des enzymes antioxydantes tout en diminuant les niveaux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), de malondialdéhyde (MDA) et la fuite relative d'électrolytes (REL) dans les plantules de blé. De plus, ils diminuent significativement les concentrations de Na+ et de Ca2+ ainsi que le rapport Na+/K+, tout en augmentant significativement la concentration de K+, maintenant ainsi l'équilibre iono-osmotique. Plus important encore, la TU et l'Arg augmentent significativement la teneur en chlorophylle, le taux de photosynthèse nette et le taux d'échanges gazeux des plantules de blé soumises au stress salin. Utilisées seules ou en combinaison, la TU et l'Arg augmentent l'accumulation de matière sèche de 9,03 % à 47,45 %, l'augmentation étant maximale lorsqu'elles sont utilisées conjointement. En conclusion, cette étude souligne l'importance du maintien de l'homéostasie redox et de l'équilibre ionique pour améliorer la tolérance des plantes au stress salin. De plus, TU et Arg ont été recommandés comme candidats potentielsrégulateurs de croissance des plantes,notamment lorsqu'ils sont utilisés ensemble, pour améliorer le rendement du blé.
Les changements climatiques et les modifications des pratiques agricoles rapides accentuent la dégradation des écosystèmes agricoles¹. L’une des conséquences les plus graves est la salinisation des sols, qui menace la sécurité alimentaire mondiale². La salinisation touche actuellement environ 20 % des terres arables dans le monde, et ce chiffre pourrait atteindre 50 % d’ici 2050³. Le stress salin et alcalin peut provoquer un stress osmotique au niveau des racines des cultures, perturbant ainsi l’équilibre ionique de la plante⁴. Ces conditions défavorables peuvent également entraîner une dégradation accélérée de la chlorophylle, une diminution des taux de photosynthèse et des perturbations métaboliques, aboutissant finalement à une réduction des rendements agricoles⁵,⁶. De plus, un effet grave et fréquent est l’augmentation de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO), qui peuvent causer des dommages oxydatifs à diverses biomolécules, notamment l’ADN, les protéines et les lipides⁷.
Le blé (Triticum aestivum) est l'une des céréales les plus importantes au monde. Non seulement c'est la céréale la plus cultivée, mais c'est aussi une culture commerciale majeure8. Cependant, le blé est sensible au sel, qui peut inhiber sa croissance, perturber ses processus physiologiques et biochimiques et réduire considérablement son rendement. Les principales stratégies pour atténuer les effets du stress salin comprennent la modification génétique et l'utilisation de régulateurs de croissance. Les organismes génétiquement modifiés (OGM) sont obtenus par édition génomique et d'autres techniques pour développer des variétés de blé tolérantes au sel9,10. Par ailleurs, les régulateurs de croissance améliorent la tolérance au sel du blé en régulant les activités physiologiques et les concentrations de substances liées au sel, atténuant ainsi les dommages causés par le stress11. Ces régulateurs sont généralement plus acceptés et plus largement utilisés que les approches transgéniques. Ils peuvent améliorer la tolérance des plantes à divers stress abiotiques tels que la salinité, la sécheresse et les métaux lourds, et favoriser la germination des semences, l'absorption des nutriments et la croissance reproductive, augmentant ainsi le rendement et la qualité des cultures. 12 Les régulateurs de croissance des plantes sont essentiels pour assurer la croissance des cultures et maintenir le rendement et la qualité grâce à leur caractère écologique, leur facilité d'utilisation, leur rentabilité et leur praticité. 13 Cependant, comme ces modulateurs ont des mécanismes d'action similaires, l'utilisation de l'un d'entre eux seul peut s'avérer inefficace. Trouver une combinaison de régulateurs de croissance capable d'améliorer la tolérance au sel chez le blé est crucial pour la sélection variétale du blé en conditions difficiles, l'augmentation des rendements et la garantie de la sécurité alimentaire.
Aucune étude n'a examiné l'utilisation combinée de la TU et de l'Arg. On ignore si cette association innovante peut favoriser la croissance du blé en conditions de stress salin. Par conséquent, cette étude visait à déterminer si ces deux régulateurs de croissance peuvent atténuer de manière synergique les effets néfastes du stress salin sur le blé. À cette fin, nous avons mené une expérience de courte durée sur des plantules de blé cultivées en hydroponie afin d'étudier les bénéfices de l'application combinée de TU et d'Arg sur le blé soumis à un stress salin, en nous concentrant sur l'équilibre redox et ionique des plantes. Nous avons émis l'hypothèse que l'association de TU et d'Arg pourrait agir en synergie pour réduire les dommages oxydatifs induits par le stress salin et gérer le déséquilibre ionique, améliorant ainsi la tolérance au sel chez le blé.
La teneur en MDA des échantillons a été déterminée par la méthode à l'acide thiobarbiturique. Peser précisément 0,1 g de poudre d'échantillon frais, extraire avec 1 ml d'acide trichloroacétique à 10 % pendant 10 min, centrifuger à 10 000 g pendant 20 min et recueillir le surnageant. L'extrait a été mélangé à un volume égal d'acide thiobarbiturique à 0,75 % et incubé à 100 °C pendant 15 min. Après incubation, le surnageant a été recueilli par centrifugation et les valeurs de DO à 450 nm, 532 nm et 600 nm ont été mesurées. La concentration en MDA a été calculée comme suit :
Comme pour le traitement de 3 jours, l'application d'Arg et de Tu a également augmenté significativement l'activité des enzymes antioxydantes des plantules de blé après 6 jours de traitement. La combinaison de TU et d'Arg est restée la plus efficace. Cependant, 6 jours après le traitement, l'activité des quatre enzymes antioxydantes, dans les différentes conditions de traitement, a montré une tendance à la baisse par rapport à 3 jours après le traitement (Figure 6).
La photosynthèse est essentielle à l'accumulation de matière sèche chez les plantes et se déroule dans les chloroplastes, qui sont extrêmement sensibles au sel. Le stress salin peut entraîner l'oxydation de la membrane plasmique, la perturbation de l'équilibre osmotique cellulaire, des dommages à l'ultrastructure des chloroplastes36, la dégradation de la chlorophylle, une diminution de l'activité des enzymes du cycle de Calvin (dont la Rubisco) et une réduction du transfert d'électrons du photosystème II au photosystème I37. De plus, le stress salin peut induire la fermeture des stomates, réduisant ainsi la concentration de CO2 dans les feuilles et inhibant la photosynthèse38. Nos résultats confirment des observations antérieures selon lesquelles le stress salin réduit la conductance stomatique du blé, ce qui entraîne une diminution du taux de transpiration foliaire et de la concentration intracellulaire de CO2, et finalement une diminution de la capacité photosynthétique et de la biomasse du blé (figures 1 et 3). Notamment, l'application de TU et d'Arg a permis d'améliorer l'efficacité photosynthétique des plants de blé soumis à un stress salin. Cette amélioration était particulièrement significative lorsque le TU et l'Arg étaient appliqués simultanément (figure 3). Ceci pourrait s'expliquer par le fait que la TU et l'Arg régulent l'ouverture et la fermeture des stomates, améliorant ainsi l'efficacité photosynthétique, comme le confirment des études antérieures. Par exemple, Bencarti et al. ont constaté que, sous stress salin, la TU augmentait significativement la conductance stomatique, le taux d'assimilation du CO₂ et l'efficacité quantique maximale de la photochimie du PSII chez Atriplex portulacoides L.39. Bien qu'aucune étude ne prouve directement que l'Arg puisse réguler l'ouverture et la fermeture des stomates chez les plantes exposées au stress salin, Silveira et al. ont indiqué que l'Arg pouvait favoriser les échanges gazeux dans les feuilles en conditions de sécheresse22.
En résumé, cette étude souligne que, malgré leurs mécanismes d'action et propriétés physico-chimiques différents, la tunicamycine (TU) et l'arginine (Arg) confèrent une résistance comparable au stress salin (NaCl) chez les plantules de blé, notamment lorsqu'elles sont appliquées conjointement. L'application de TU et d'Arg active le système de défense enzymatique antioxydant des plantules de blé, réduit la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et maintient la stabilité des lipides membranaires, préservant ainsi la photosynthèse et l'équilibre Na+/K+. Toutefois, cette étude présente également des limites : bien que l'effet synergique de la TU et de l'Arg ait été confirmé et que son mécanisme physiologique ait été partiellement élucidé, le mécanisme moléculaire sous-jacent reste encore mal compris. Par conséquent, une étude plus approfondie du mécanisme synergique de la TU et de l'Arg, par des méthodes transcriptomiques, métabolomiques et autres, est nécessaire.
Les jeux de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.
Date de publication : 19 mai 2025