This article was downloaded by: [Fondren Library, Rice University ]On: 11 November 2014, At: 17:24Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH,UK

Acta Botanica Gallica: BotanyLettersPublication details, including instructions for authorsand subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tabg20

Effets d'un refroidissement surles cellules mucilagineuses del'UtriculaireColette Vintéjoux a & Almas Shoar-Ghafari aa Laboratoire de Cryobiologie végétale , Université P.et M. Curie (Paris VI) , 12 rue Cuvier, F-75005 , ParisPublished online: 26 Apr 2013.

To cite this article: Colette Vintéjoux & Almas Shoar-Ghafari (2000) Effets d'unrefroidissement sur les cellules mucilagineuses de l'Utriculaire, Acta Botanica Gallica:Botany Letters, 147:1, 21-27, DOI: 10.1080/12538078.2000.10515832

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/12538078.2000.10515832

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all theinformation (the “Content”) contained in the publications on our platform.However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make norepresentations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness,or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and viewsexpressed in this publication are the opinions and views of the authors, andare not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of theContent should not be relied upon and should be independently verified withprimary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for anylosses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages,and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly orindirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of theContent.

This article may be used for research, teaching, and private study purposes.Any substantial or systematic reproduction, redistribution, reselling, loan,sub-licensing, systematic supply, or distribution in any form to anyone is

expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found athttp://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

Acta Bot. Gallica, 2000, 147 (1). 21-27.

Effets d'un refroidissement sur les cellules mucilagineuses de I'Utriculaire

par Colette Vintejoux et Almas Shoar-Ghafari

Lahoratoire de Cryobiologie vegetate. Universite P et M. Curie (Paris VI), 12 rue Cuvio: F-75005

Paris

Resume.- Le froid induit des modifications structurales au niveau de !'ensemble des systemes membranaires des cellules mucigenes. La diminution de tempe­rature (transfer! de 20"C a 4"C) produit une modification de l'aspect du systeme reticulum-dictyosomes. Le reticulum subit une extension, avec formation de nappes en feuilles paralleles. alors que les elements de transition avec les dic­tyosomes deviennent Ires distincts. La reduction de Ia quantile de substances secretees a l'exterieur de Ia paroi s'accompagne de changements dans Ia repar­tition des precurseurs polysaccharidiques a l'interieur de Ia cellule (vesicules ou autres sites).

Mots-des cellules mucigimes externes - refroidissement - cytologie -Utricularia.

A hstract.- Structural membranes modifications are induced in the mucigenic external glands, with the variation of temperature (20"C to 4 "C). They concern the structural aspect of reticulum and of the Golgi apparatus. The reticulum increases. with formation of regular parallel cisternae. Transition elements RE­Golgi become apparent. The reduction of secretion substances around the cell wall is also associated with changes of the precursors of polysaccharid inner the cell (in vesicles or different sites).

Key-words : external mucigenic cells- cooling- cytology- Utricularia.

L INTRODUCTION

La secretion de mucilages polysaccharidiques des glandes externes de I 'Utriculaire sub it une modification de son fonctionnement, devenant tres abondante au milieu de l'ete, puis subissant une regression durant Ia peri ode hivernale (Vintejoux & Shoar-Ghafari, I 997). Afin de preciser quels types de facteurs peuvent etre impliques dans ce phenomene, nous avons soumis des plants d'Utriculaire preleves en ete a un bref refroidissement (16 h) a 4°C. Les glandes externes productrices de mucilages ont ete analysees dans Ies deux condi­tions experimentales ( 4 oc et 20°C).

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

22

Fig. 1.- Etapes experimentales sur les bourgeons d' Utricu/aria avant fixation et observa­tions au MET. Deux series de plants ont ete utilisees : plants 1 : 16 heures de refroidis­sement avant fixation, plants 2 : 16 heures a 20 ac avant fixation.

Fig. 1.- Experimental stages before fixation and MET observations of Utricularia buds. Two categories of shoots were utilized : plants 1: 16 hours of cooling before fixation, plants 2: 16 hours 20 ac before fixation.

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

23

II. MATERIEL ET METHODES

Des extremites de tiges prelevees en juillet ont ete placees dans un refrigerateur durant environ 16 h. D'autres ont ete conservees a Ia temperature ambiante (20 °C) pendant Ia meme duree ( obscurite) (Fig. I). Les deux series de bourgeons ont ensuite subi so it une fixation par le KMn04, soit par le glutaraldehyde, suivie d'une impregnation par le tetroxyde d'osmium. Apres inclusion dans l'araldite, les coupes ultrafines ont ete exami­nees directement (MET), sans traitement contrastant. Les substances polysaccharidiques avaient ete precedemment localisees cytochimiquement par Ia technique PATAg (Vintejoux & Shoar-Ghafari, 1997).

Explication desfigures : sections ultrafines de cellules mucilagineuses (glandes externes) de I'Utriculaire. Fig. 2, I et 2 : preparations temoins ; Fig. 2, 3 et 4 et Fig. 3, I a 3 : pre­parations de cellules ayant subi l'effet du froid; techniques : fixation par le KMn04 pour Fig. 2, I a 4, impregnation osmique pour Fig. 3, I a 3. Abreviations : ve, vesicules cytoplasmiques ; pa, paroi ; pi, plasmalemme ; g, granules ; d, dictyosomes ; re, reticulum endoplasmique ; N, noyau.

III. RESULTATS

Les cellules secretrices de mucilages polysaccharidiques presentent une morphologie caracteristique en vie active, que ce soit dans Ia cellule basale ou dans les deux cellules superposees a partir desquelles sont excn?tees les substances glucidiques. Apres fixation par KMn04, on retrouve !'aspect particulier des cellules secretrices, avec les tres nom­breuses vesicules de dimensions heterogenes. Avec cette technique, celles-ci apparaissent peu contrastees, le plus souvent, uniformement grisiitres (Fig. 2 : 1). Les mucilages dece­lables dans certaines vesicules forment des amas globulaires, plus clairs aux electrons (Fig. 2 : 1), se detachant ainsi du reste du contenu vesiculaire. Avec ce procede, les contrastes sont inverses : les regions les plus claires correspondent aux nodules fortement reactifs, avec les sels d'argent. Les mucilages externes par rapport a Ia paroi presentent le meme aspect (Fig. 2 : I et 2). Dans les preparations traitees par le froid, le contenu vesiculaire prend un aspect tres different : leur contenu peut etre parseme de nombreux granules et leur pourtour apparalt plus dense aux electrons, Ia membrane les delimitant etant soit continue, soit discontinue, formee j'lar Ia juxtaposition de fins granules. Les produits de secretion (formant des taches claires) sont le plus souvent localises soit directement dans le cyto­plasme, soit sur le pourtour des vesicules, et non plus dans leur region centrale (Fig. 2 : 3 et 4) comme dans les preparations temoins. On peut egalement les trouver au contact du tonoplaste ou a proximite du plasmalemme. Les substances externes par rapport a Ia paroi sont plus difficiles a caracteriser (Fig. 2 : 3). Elles semblent avoir regresse, pendant Ia periode de refroidissement.

Avec l'emploi de Ia technique d'impregnation, les changements sont egalement appa­rents a pres I 'action du froid. Les sections de reticulum sont beaucoup plus frequentes (Fig. 3 : I et 2) ; certaines sont disposees en plusieurs nappes paralleles. Elles peuvent contenir des inclusions claires, au niveau de dilatations locales (Fig. 3 : 3). Celles-ci sont compa­rables a celles localisees dans les vesicules (et de nature polysaccharidique). Les dictyo­somes sont plus difficiles a deceler que dans les preparations temoins ; ils comportent, d'autre part, un nombre reduit de saccules (Fig. 3 : 3). On retrouve les trois categories de

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

24

Fig. 2.- 7 : aspect d’une cellule ternoin, avec les nornbreuses vesicules dont certaines ren- ferment des inclusions claires aux electrons (fleches) ; voir egalernent le rnerne type d’in- clusions a I’exterieur de la paroi ; 2 : aspect des vesicules a plus fort grandissement ; 3 et 4 : voir de nornbreux granules (9) a I’interieur des vesicules et sur le pourtour des rnern- branes les delimitant.

Fig. 2.- 7: see the numerous vesicles; some vesicles contain clear inclusions (arrows); see also the same clear inclusions around the cell wall.

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

25

Fig. 3.- 7 et 2 : voir de nombreuses vesicules, plus ou moins reactives avec I’osmium ; celles completement claires aux electrons sont groupees entre elles (fleches) ; les sac- cules du reticulum sont paralleles entre eux ; le systeme de transition reticulum-dictyo- somes ( 7 ) est tres apparent (fleches doubles) ; 3 : aspect du cytoplasme a plus fort grandissement, avec un dictyosome (impregne) dont le nombre de saccules est reduit ; inclusions claires (fleches) sur le pourtour des vdsicules ou dans la cavite des saccules de reticulum. Le trait represente sur chaque cliche correspond a 0,5 pm.

Fig. 3.- 7 and 2 see the numerous vesicles which can present a reactivity with osmium; some clear vesicles form groups (arrows); the sacks of reticulum form stackings; the tran- sition with reticulum and dictyosomes is apparent (2 arrows); 3: cytoplasm (high magnifi- cation) with a dictyosome; see clear inclusions around the vesicles or inner the sacks of reticulum. The lines on the figures indicate 0,5 pm.

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

26

vesicules comparables a celles decrites dans les cellules en vie active, se differenciant par leur reactivite plus ou moins elevee avec !'osmium, et precedemment decrites (Vintejoux & Prevost, 1976). Dans le cas des preparations traitees, les vesicules claires ( et de plus grand diametre) sont assez souvent groupees entre elles (Fig. 3: /).De plus, le systeme de transition reticulum-dictyosome peut etre decele plus facilement que dans les cellules en vie active.

D'autres observations sont relatives aux noyaux. Nous avons montre precedemment Ia presence, chez l'Utriculaire, d'inclusions cristallines de nature proteique dans les cellules mucigenes (glandes externes de pi antes en vie active) (Vintejoux, 1970), alors que les cel­lules meristematiques voisines en sont depourvues. Apres une incubation au froid, il semble que ces structures cristallines soient moins facilement decelables dans les noyaux.

IV DISCUSSION ET CONCLUSIONS

De nombreux travaux ont montre que les dictyosomes comme Jc· reticulum etaient sen­sibles a ]'action du facteur froid, leur morphologic etant tres differente a 20°C ou a 4°C (Geneves, 1975 ; Mollenhauer eta!., 1973, 1975 ; Mollenhauer & Morre, 1976 ; Gazeau, 1983 ). Dans cet article nos travaux montrent le meme type de modification : extension du reticulum, avec presence de nappes en feuillets paralleles, presence frequente du systeme de transition reticulum-dictyosomes, diminution du nombre de saccules golgiens. Nous avons egalement observe des alterations au niveau des cytomembranes, en particulier de celles limitant les vesicules. En fait, plusieurs phenomenes se superposent au moment du refroidissement :

* une restructuration probable des produits secretes (polysaccharides) puisqu'ils devien­nent difficilement decelables et qu'ils ont pu etre transformes en sucres de faible poids moleculaire. De telles substances sont necessaires, permettant I 'acquisition de Ia resis­tance au froid (Plessis, 1994; Bachiri, 1998). Leur mecanisme d'action (complexe) n'est encore pas totalement elucide. Ces composes interviendraient en renfon;ant par exemple certaines proprietes des cytomembranes (flexibilite ? elasticite ? ... ), necessitees par un refroidissement. Leur localisation au voisinage des membranes, apres un traitement par le froid (pourtour des vesicules, membrane nucleaire, tonoplaste ... ), est en faveur de cette hypothese. Certains caracteres des membranes (contraste, etc.) dans les cellules refroidies prouvent egalement I' existence de restructurations. * il s'etablit probablement un nouveau cycle secretoire a basse temperature. Le ralentis­sement du metabolisme permet alors de mieux connaitre Ia succession des differentes etapes en vue de Ia synthese et de !'expulsion des macromolecules polysaccharidiques. Des inclusions etant visibles dans les dilatations du reticulum au froid, il est probable que les substances soient preformees avant leur passage dans les dictyosomes. Les saccules et les vesicules golgiens joueraient un role important dans l'exocytose et le rejet des polysaccharides, et non pas uniquement dans leur elaboration. * Ia reorganisation du contenu cellulaire a une temperature plus basse pourrait dependre de !'emission d'un signal, declenchant un nouveau fonctionnement. II pourrait s'agir, par exemple, de Ia liberation (du noyau vers le cytoplasme) de nouvelles proteines (enzymes ou proteines de structures ?), fonctionnant a plus basses temperatures, susceptibles de permettre Ia reorganisation des membranes et parallelement de celles des composes glu­cidiques (indispensables pour Ia resistance au froid). L'acclimatation au froid peut etre mise en relation, non seulement avec des changements qualitatifs des phospholipides

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014

27

(Pike & Berry, 1980; Yoshida & Sakai, 1973), mais peut-etre aussi de ceux des proteines de structure.

BIBLIOGRAPHIE

Bachiri Y., 1998.- Conservation dans l'azote liquide de suspensions cellulaires par " enrobage-deshydrata­tion "·Etudes structurale, biophysique et biochimique de !'acquisition de Ia tolerance a Ia congelation chez Arabidopsis thaliana (L.) Heyn. These de doctoral d'Etat, Universite de Technologie de Compiegne, 122p.

Gazeau C., 1983.- Effets de traitements cryoprotecteurs sur Ia resistance a de basses temperatures et sur les ultrastructures de plantules de ble (Triticum aestivum L.). These de doctorat d'Etat, Universite Paris VI, 219p.

Geneves L., 1975.- Localisation ultrastructurale compa­ree de l'activite phosphatasique acide dans des racines d'A//ium cepa L. (Liliacees) developpees a basse temperature (0 a 4 °C) et dans d'autres, rechauffees ensuite a22°C. Physiol. veg., 13 (3), 455-466.

Mollenhauer M.M. & D.J. Morre, 1976.- Transition ele­ments between endoplasmic reticulum and Golgi apparatus in plant cells. Cytobiologie, 13, 297-306.

Mollenhauer M.M., D.J. Morre & C. Totten, 1973.­lntercisternal substances of the Golgi apparatus. Unstacking of plant dictyosomes using chotropic agents. Protoplasma, 78, 443-459.

Mollenhauer M.M., D.J. Morre & W.J. Vanderwoude, 1975.- Endoplasmic reticulum, Golgi apparatus asso­ciations in Maize root tips. Mikroscopie, 31, S, 257-272.

Pike C.S. & J.A. Berry, 1980.- Membrane phospholipid phase separations in plants adapted to different ther­mal regimes. Plant Physiol., 66, 238-241.

Plessis P., 1994.- Cryoconservation par enrobage­deshydratation de bourgeons de vigne ( Vitis vinifera L.) cultives in vitro. Effets du pretraitement des bour­geons, evolution des sucres solubles et comporte­ment des solutions pendant Ia congelation. These de doctorat d'Etat, Universite de Paris VI, 162p.

Vintejoux C., 1970.- Comportement des inclusions intra­nucleaires cristallines dans les cellules meristema­tiques et differenciees au cours de Ia germination des hibernacles d' Utricularia neglecta L. (Lentibulariacees). C. R. Acad. Sci. Paris, 270, 2438-2440.

Vintejoux C. & M.G. Prevost, 1976.- Structure et reactivi­te des formations golgiennes au cours de Ia secretion de mucilages polysaccharidiques dans les glandes externes d'Utricularia L. (Lentibulariacees). Ann. Sci. Nat. Bot., 12eme serie, 17, 375-394.

Vinte]oux c. & A. Shoar-Ghafari, 1997.- Secretion de mucilages par une plante aquatique carnivore, Utricularia neglecta L. (Lentibulariacees). Acta botani­ca Gallica, 144 (3), 347-351.

Yoshida S. & A. Sakai, 1973.- Phospholipid changes associated with the cold hardiness of cortical cells from poplar stem. Plant and cell Physiol., 14, 353-359.

Dow

nloa

ded

by [

Fond

ren

Lib

rary

, Ric

e U

nive

rsity

] a

t 17:

24 1

1 N

ovem

ber

2014