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The genome doubling of the allotetraploid somatic hybrid can confer greater tolerance to cold and light stress than the diploid parents and their respective tetraploid. Allopolyploids are generally known to display broader adaptation to abiotic stresses than their parental diploid species. In the Mediterranean area, Citrus species are subjected to abiotic constraints such as low temperature and high radiation. Tetraploids are known to resist these environmental constraints better, and so the use of new tetraploid rootstocks offers an alternative to overcome these threats to crop productivity. The objective of this study was to determine whether the use of an allotetraploid hybrid could provide greater tolerance to cold and light stresses than its diploid parents or respective doubled-diploid parents. We compared cold and light stress responses of the allotetraploid hybrid FlhorAG1 (FL-4x) with those of its diploid parents, the willow leaf mandarin (Citrus deliciosa Ten) (WLM-2x) and the Poncirus Pomeroy (Poncirus trifoliata (L.) Raf.) (POP-2x), and their respective doubled-diploids (WLM-4x and POP-4x, respectively) by measuring physiological and biochemical parameters. When subjected to cold and light stress, FL-4x showed lower photoinhibition (Fv/Fm) and less accumulation of oxidative markers (MDA and H2O2) than diploid and doubled-diploid WLM and POP genotypes. This was correlated with a greater increase for FL-4x in some antioxidant activities during cold stress (SOD, APX and GR) and light stress (SOD, APX and MDHAR mainly). Overall, our results suggest that greater antioxidant capability in FL-4x should make this allotetraploid hybrid more tolerant to low temperatures than the two WLM genotypes, and more tolerant to light stress than the two WLM and POP genotypes.

In angiosperms, singlet oxygen is a prominent form of reactive oxygen species that is produced during photosynthesis. Its excess causes photooxidative damage leading to cell death, demonstrated in mutants impaired in the chlorophyll biosynthetic pathway. In the present work, we used mutants of Arabidopsis thaliana that exhibit a conditional seedling lethal phenotype caused by the absence of the outer plastid envelope protein, OEP16-1. This protein is involved in the transport of amines, amino acids and is also implicated in the import of the key enzyme of chlorophyll synthesis, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), into the plastids. Using a reverse genetic approach, four independent Atoep16-1 mutants were isolated and characterized, with different combinations of cell death properties and presence/absence of PORA. Two of the mutants overproduced free protochlorophyllide (Pchlide) in the dark and died after illumination. Pchlide operated here as a photosensitizer triggering singlet oxygen formation. The other two mutants avoided excess Pchlide accumulation and greened normally. Using the mutant of barley, tigrina d12 as reference, we show that cell death induced in the photobleaching Atoep16-1 mutants occurs in a flu-independent pathway. Translation initiation at 80S ribosomes was identified to be a major target of singlet oxygen in the early hours of greening. At a delayed stage, singlet oxygen caused ribosome dissociation. We provided evidence that both effects on translation are genetically linked and they can be further studied using the Atoep16-1 mutant that we isolated and the previously described flu mutant., Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.

In angiosperms, singlet oxygen is a prominent form of reactive oxygen species that is produced during photosynthesis. Its excess causes photooxidative damage leading to cell death, demonstrated in mutants impaired in the chlorophyll biosynthetic pathway. In the present work, we used mutants of Arabidopsis thaliana that exhibit a conditional seedling lethal phenotype caused by the absence of the outer plastid envelope protein, OEP16-1. This protein is involved in the transport of amines, amino acids and is also implicated in the import of the key enzyme of chlorophyll synthesis, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), into the plastids. Using a reverse genetic approach, four independent Atoep16-1 mutants were isolated and characterized, with different combinations of cell death properties and presence/absence of PORA. Two of the mutants overproduced free protochlorophyllide (Pchlide) in the dark and died after illumination. Pchlide operated here as a photosensitizer triggering singlet oxygen formation. The other two mutants avoided excess Pchlide accumulation and greened normally. Using the mutant of barley, tigrina d12 as reference, we show that cell death induced in the photobleaching Atoep16-1 mutants occurs in a flu-independent pathway. Translation initiation at 80S ribosomes was identified to be a major target of singlet oxygen in the early hours of greening. At a delayed stage, singlet oxygen caused ribosome dissociation. We provided evidence that both effects on translation are genetically linked and they can be further studied using the Atoep16-1 mutant that we isolated and the previously described flu mutant.; Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.

The plastid terminal oxidase (PTOX) is a plastoquinol oxidase whose absence in tomato results in the ghost (gh) phenotype characterized by variegated leaves (with bleached sectors accumulating phytoene) and by a carotenoid deficient ripe fruit. In order to elucidate the different roles of PTOX which have in common the modulation of plastoquinone redox states, various experimental conditions were applied. PTOX function in carotenoid biosynthesis, as a cofactor for phytoene desaturation, is essentially important at some developmental stage such as plastid de-etiolation or chromoplast differentiation. However, in low light, gh can produce adult green leaves and fruits containing similar carotenoids contents than in WT, without phytoene accumulation. Over-expression of an Arabidopsis PTOX cDNA in tomato did not lead to carotenoid over-production. While PTOX overproduction has minimal effects on photosynthesis, PTOX deficient green leaves and fruits have a reduced potential to prevent oxidative damage, as well as a higher PSII sensitivity to photoinhibition and damage. The absence of PTOX renders the tomato leaf photosynthetic apparatus more sensitive to light due to a nonphotochemical overreduction of plastoquinones in dark and high reduction state of the electron transport chain under steady state illumination. Thus, PTOX has an indispensable and direct role in photosynthesis, namely its influence on the redox status of the plastoquinone pool between PSII and PSI. Rather than contributing to an electron sink, PTOX has a global regulatory role in the distribution of electrons to different linear and alternative electron pathways, which is particularly important during dark to light and low light to high light transitions., L'oxydase terminale plastidiale (PTOX) est une plastoquinol oxidase. Le mutant ghost de tomate, déficient en PTOX, présente un phénotype de feuilles panachées et accumule du phytoène (dans ses secteurs blancs) et montre un déficit en caroténoïdes dans les fruits mûrs. Pour élucider les différents rôles de PTOX, qui ont en commun la modulation de l'état redox de plastoquinones, nous avons utilisé différentes conditions expérimentales. Nous avons montré que l'importance du rôle de PTOX dans la désaturation des caroténoïdes, en tant que cofacteur redox, se limite à certaines étapes développementales comme la différentiation des chloroplastes et des chromoplastes. En effet, en faible lumière, ghost peut produire des feuilles adultes et des fruits verts, qui contiennent la même quantité des caroténoïdes que celle de la tomate nondéficiente en PTOX, et qui n'accumulent pas de phytoène. D'autre part, nous avons constaté que des plantes de tomates transgéniques surexprimant PTOX ne surproduisent pas les carotenoides. Tandis que la surexpression de PTOX a un effet minimal sur la photosynthèse, les feuilles et les fruits verts de ghost sont moins capables d'éviter des dommages oxydatifs et sont plus sensibles à la photoinhibition et aux dommages de PSII. Cette sensibilité vient d'un niveau élevé de surréduction non-photochimique des plastoquinones à l'obscurité et d'un état réduit plus important de la chaîne de transfert d'électrons photosynthétiques à la lumière. Ainsi, PTOX joue un rôle indispensable et direct dans la photosynthèse, notamment sur l'état redox du pool des plastoquinones entre PSII et PSI. Nous proposons que PTOX a un rôle régulateur dans la distribution des électrons photosynthétiques entre flux linéaire et circulaire, plutôt qu'un rôle de puits d'électrons, et que sa présence est importante dans la transition de l'obscurité à la lumière ainsi que de la faible lumière à la forte lumière.

International audience; Although ions play important roles in the cell and chloroplast metabolism, little is known about ion transport across the chloroplast envelope. Using a proteomic approach specifically targeted to the Arabidopsis chloroplast envelope, we have identified HMA1, which belongs to the metal-transporting P1B-type ATPases family. HMA1 is mainly expressed in green tissues, and we validated its chloroplast envelope localization. Yeast expression experiments demonstrated that HMA1 is involved in copper homeostasis and that deletion of its N-terminal His-domain partially affects the metal transport. Characterization of hma1 Arabidopsis mutants revealed a lower chloroplast copper content and a diminution of the total chloroplast superoxide dismutase activity. No effect was observed on the plastocyanin content in these lines. The hma1 insertional mutants grew like WT plants in standard condition but presented a photosensitivity phenotype under high light. Finally, direct biochemical ATPase assays performed on purified chloroplast envelope membranes showed that the ATPase activity of HMA1 is specifically stimulated by copper. Our results demonstrate that HMA1 offers an additional way to the previously characterized chloroplast envelope Cu-ATPase PAA1 to import copper in the chloroplast.