Collections de documents électroniques
RECHERCHER

Étude de l'effet du rayonnement ultraviolet-B (UVB; 280-320 nm) sur la protéine D1 impliquée dans le cycle de réparation du photosystème II de communautés phytoplanctoniques naturelles

Téléchargements

Téléchargements par mois depuis la dernière année

Plus de statistiques...

Bouchard, Josée Nina (2005). Étude de l'effet du rayonnement ultraviolet-B (UVB; 280-320 nm) sur la protéine D1 impliquée dans le cycle de réparation du photosystème II de communautés phytoplanctoniques naturelles. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 206 p.

[img]
Prévisualisation
PDF
Télécharger (10MB)

Résumé

Dans le contexte actuel de la diminution de la couche d'ozone (03), une meilleure
compréhension de l'effet du rayonnement ultraviolet-B (UVB; 280-320 nm) sur les
producteurs primaires marins est primordiale. À la base de la chaîne alimentaire, ces
organismes photo synthétiques jouent en effet un rôle essentiel quant à l'équilibre des
maillons supérieurs de la chaîne trophique et contribuent de surcroît à la fixation du CO2,
principal gaz responsable du réchauffement climatique. Étant donné leur position
stratégique près de la surface dans la colonne d' eau leur permettant de capter l' énergie
lumineuse nécessaire à la photosynthèse, ces organismes peuvent parfois être soumis aux
radiations dommageables du rayonnement UVB.
Le rayonnement UVB peut causer des dommages tant au niveau cellulaire qu ' au
niveau métabolique chez les organismes phytoplanctoniques. Le centre réactionnel (CR) du
photosystème II (PSU) est particulièrement vulnérable au rayonnement UVB qui peut
l'inactiver, inhiber le transport d'électrons et mener à la dégradation d' une protéine
constitutive essentielle, la protéine Dl. La synthèse de nova de cette protéine et sa
réintégration au CR du PSU assure le maintien de la capacité photochimique et constitue le
cycle de réparation du PSII. L'effet du rayonnement UVB sur ce cycle de réparation du
PSII a été particulièrement étudié chez des espèces spécifiques de cyanobactéries, de
phytoplancton, de macroalgues et même chez les plantes. Le récent développement
d' anticorps globaux permettant la détection de la protéine Dl chez plusieurs espèces à la
fois nous a permis d' étudier l' effet du rayonnement UVB sur la protéine Dl de
communautés phytoplanctoniques naturelles. Pour d'atteindre cet objectif, des expériences
de terrain ont été effectuées avec des assemblages phytoplanctoniques provenant des eaux
côtières d' un milieu tropical (Ubatuba, Brésil), de deux milieux tempérés (Rimouski,
Canada et Ushuaia, Sud de l'Argentine) et d'un milieu polaire (Île Observatorio,
Antarctique). Les résultats issus de ces travaux de recherche ont permis de mettre en
évidence la variabilité latitudinale existant au sein des réponses phytoplanctoniques lors de
l'exposition au rayonnement UVB. L' étude à long terme (7 à 10 jours) de chacune de ces
communautés phytoplanctoniques a également permis de mettre en lumière la variabilité
temporelle existant dans la réponse photosynthétique d'un assemblage phytoplanctonique
donné.
Le second chapitre de cette thèse présente les résultats issus d' une première étude
visant à étudier l'effet de l'augmentation du rayonnement UVB sur le cycle de réparation
du PSII impliquant la protéine Dl de communautés phytoplanctoniques naturelles
provenant de deux sites tempérés et d'un site tropical. À chacun des sites visités, des
expériences en mésocosmes ont été effectuées pour une période de sept à dix jours. Lors de
ces expériences, deux traitements de lumière ont été testés. Certains mésocosmes étaient
soumis à la lumière naturelle ambiante alors que d' autres étaient soumis à la lumi ère
naturelle ambiante additionnée d' une forte dose de rayOlmement UVB correspondant à une
déplétion d' 0 3 locale de 60%. Afin d' examiner l' effet du rayonnement UVB sur la protéine
Dl , des incubations de courte durée (~ 3 h) ont été effectuées à la surface de certains de ces
mésocosmes. Ces incubations ont été effectuées en absence ou en présence de lincomycine,
un inhibiteur de synthèse des protéines encodées dans le chloroplaste telle que la protéine
Dl . Les effets du rayonnement UVB sur le PSU ont été déterminés en utilisant la
fluorescence in vivo de la chlorophylle a (en observant plus particulièrement la réponse du
rendement quantique maximal de la photosynthèse (Fv/Fm) dont la diminution est un indice
de photo inhibition) alors que la protéine DIa été détectée par immunochimie. Les résultats
de ces incubations ont démontré que lorsque la synthèse de la protéine Dl était bloquée par
la lincomycine (absence de réparation du PSU), les pools de protéine Dl ainsi que les
valeurs de Fv/Fm ont chuté de façon similaire sous les deux traitements de lumière étudiés.
Par contre, en présence de synthèse active de protéine Dl (présence de réparation du PSU),
les pools de protéine Dl ont chuté plus rapidement sous le traitement de lumière additionné
d ' une forte dose de rayonnement UVB comparativement au traitement de lumière ambiante
alors que le Fv/Fm s'est maintenu sous les deux traitements de lumière étudiés. Ces résultats
montrent donc que le rayonnement UVB n'augmente pas directement le dommage à la
protéine Dl mais entrave plutôt sa biosynthèse ce qui affecte la réparation du PSU. Le
maintien du FvlFm sous le traitement de lumière additionné d' une forte dose de
rayonnement UVB malgré les pools réduits de Dl suggère une acclimatation des CRs
restants ou une récupération lors de la période d'exposition à l'obscurité imposée avant la
mesure du Fv/Fm. Au niveau latitudinal, la dégradation nette de la protéine Dl était plus
rapide au site tropical qu ' aux sites tempérés. Cette différence s'explique, entre autres, par
les fortes irradiances prévalant à ce site et permettant une dégradation rapide de la protéine
Dl et ce, malgré la température élevée de l'eau qui favorise les activités enzymatiques
accélérées et donc un processus de réparation accru.
Le troisième chapitre de cette thèse présente les résultats issus d' une seconde étude
visant à étudier l' effet du rayonnement UVB local sur le cycle de réparation du PSU mais
impliquant cette fois-ci la protéine Dl de communautés phytoplanctoniques naturelles
provenant de l' Antarctique. Bien que semblable à la première étude, celle-ci n' a pas été
effectuée sur des communautés phytoplanctoniques isolées dans des mésocosmes mais bien
sur des communautés phytoplanctoniques échantillonnées à la surface de la colonne d'eau.
L' ajout de rayonnement UVB à l'aide de lampes étant techniquement impossible à ce site
polaire, les communautés phytoplanctoniques ont plutôt été exposées à la lumière naturelle
ambiante et à la lumière naturelle ambiante sans la majorité des longueurs d' ondes
comprises dans la gamme du rayonnement UVB . Des incubations de surface de courte
durée (60 à 100 min) ont été effectuées lors de journées ensoleillées et d ' une journée
nuageuse. Comme lors de l'étude précédente, certains échantillons ont été incubés en
présence de lincomycine afin de bloquer la synthèse de la protéine Dl alors que d'autres
échantillons ont été incubés en absence de lincomycine afin de servir d' échantillons
contrôles. Les volumes utilisés lors de ces incubations étant généralement trop petits pour
permettre la collecte des quantités importantes d'eau nécessaires à la détection de la
protéine Dl , celle-ci n'a pu être détectée qu 'en une seule occasion à ce site. Les résultats
des incubations effectuées à ce site polaire ont montré que lorsque la synthèse de la
protéine Dl était bloquée avec la lincomycine des diminutions importantes du FvlFm se sont
produites lors des journées ensoleillées mais non lors de la journée nuageuse. À l'instar de
la première étude, ces résultats montrent qu' en absence de synthèse de la protéine Dl , la
majorité de la photoinhibition se produit suite à l'exposition du phytoplancton à la lumière
visible (PAR) et/ou au rayonnement ultraviolet-A (UV A) sans effet significatif du
rayonnement UVB. En présence de synthèse active de la protéine Dl , cependant, la
suppression du rayonnement UVB n'a eu que peu d'effet sur le FvfFm lorsque le
phytoplancton provenait d'une colonne d'eau peu stratifiée, sans couche de mélange bien
définie, mais a diminué la photo inhibition lorsque le phytoplancton provenait d'une couche
de mélange plus profonde (13 m) que la profondeur de pénétration du 1 % du UVB (à 305
nm; 10 m). Les résultats de cette seconde étude confirment donc que le UVB a plus d'effet
sur le processus de réparation du PSII, et donc sur la synthèse de la protéine Dl , que sur la
dégradation comme telle de cette protéine, à la différence que pour ce site polaire, la
sensibilité du phytoplancton à l'exposition au rayonnement UVB de surface était influencée
par son passé lumineux lequel est, en partie du moins, influencé par la structure verticale de
la colonne d'eau.
Le quatrième chapitre de cette thèse présente les résultats issus d' une troisième étude
visant à étudier l' influence du statut nutritionnel sur la sensibilité du phytoplancton, et
particulièrement de la Dl, au rayonnement UVB. Cette étude a été effectuée chez les
mêmes communautés phytoplanctoniques des sites tempéré (Rimouski, Canada) et tropical
(Ubatuba, Brésil) décrites pour la première étude. Des incubations de surface d' une journée
ont été effectuées à chacun des sites plusieurs fois pendant la durée des expériences en
mésocosmes. Certains sacs d' incubation ont été incubés en présence de N03-, de P043- et de
Si(OH)4 alors que d' autres, servant de contrôles, ont plutôt été incubés suite à l'ajout de
pol - et de Si(OH)4 seulement. En plus de la détermination de plusieurs paramètres
photo synthétiques (FvfFm , <l>PSIl , qP et NPQ), la protéine Dl de même que la grande sousunité
de l' enzyme ribulose-I ,5-bisphosphatase carboxylase-oxygénase (RuBisCO LSU) ont
été détectées par immunochimie. Les résultats de ces incubations ont montré qu ' à mesure
que les concentrations de N03- devenaient limitantes à l' intérieur des mésocosmes, le
phytoplancton tempéré devenait de plus en plus sensible au rayonnement UVB. Cette
sensibilité s' est, entre autres, manifestée par des diminutions du Fj Fm, des pools de Dl et
de RuBisCO LSU. Lors de cette période de limitation en sels nutritifs, l'ajout de N03-, en
plus des autres nutriments lors des incubations, n' a pas eu d' effet bénéfique sur les pools de
protéine Dl mais a contribué, bien que non significativement, à maintenir des pool s plus
importants de RuBisCO LSU, à diminuer significativement la pression sur le PSU et à
diminuer la photoinhibition. Contrairement au phytoplancton tempéré, l' ajout de
rayOlmement UVB n' a pas affecté le phytoplancton tropical. À ce site, le phytoplancton
était plutôt affecté par la forte lumière ambiante sans effet supplémentaire de l'ajout de
rayonnement UVB. Lors des incubations de surface, des diminutions des pools de Dl ont
été observées sous les deux traitements de lumière. De plus, la détection d' une bande de
poids moléculaire supérieur (~70 kDa) à celui (~ 54 kDa) normalement détecté pour le
RuBi sCO LSU et ce, même sous le traitement de lumière ambiante suggère un dommage
causé à l'enzyme par le rayonnement UVB naturel (accompagné de la lumière visible) sans
effet supplémentaire de l'ajout de rayonnement UVB. Bien que les concentrations de
nutriments aient été faibles en tout temps à ce site typiquement oligotrophe, l'ajout de N03-
à ce site a seulement eu un effet positif lors d'une première incubation mais non lors de
l' incubation suivante possiblement parce que les petites cellules qui dominaient
l' assemblage vers la fin de l'expérience dépendaient principalement de sources d'azote
reminéralisées pour leur croissance ou parce qu' elles n'étaient simplement plus capables
d' assimiler efficacement le N03- dû à leur condition physiologique déclinante.
Dans l'ensemble, les résultats issus de ces travaux de recherche ont permis de mettre
en évidence la variabilité inter-Iatitudinale existant au sein des réponses phytoplanctoniques
à l' exposition au rayonnement UVB. Cette variabilité est, en partie, expliquée par les
différences marquantes existant à chacun des sites étudiés quant aux conditions lumineuses,
à la température de l'eau, au caractère nutritionnel de l'eau, aux conditions de mélange et à
la composition spécifique de l' assemblage phytoplanctonique. L' étude à long terme de
chacune de ces communautés phytoplanctoniques par la répétition d' incubations de surface
de courte durée a également permis de mettre en lumière la variabilité temporelle de la
réponse photosynthétique d' un assemblage phytoplanctonique donné. Plusieurs facteurs
peuvent donc affecter la sensibilité d' un assemblage phytoplanctonique au rayonnement
UVB dont, entre autres, le statut nutritionnel des espèces qui le composent, les
changements de communautés et l'acclimatation des organismes à la lumière.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Roy, Suzanne
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Campbell, Douglas et Ferreyra, Gustavo
Information complémentaire : Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Paraît aussi en éd. imprimée.
Mots-clés : Rayonnement Radiation Ultraviolet B Ultraviolet-b Uvb Phytoplancton Proteine D1 Photosynthese Cycle Reparation Complexe Photosysteme Ii Psii Effet Impact
Départements et unités départementales : Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 07 févr. 2011 21:05
Dernière modification : 07 févr. 2011 21:06
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/105

Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt Dernière vérification avant le dépôt