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Théorie : 3. Intérêts des isotopes stables

par Metabolisme - publié le

Le fractionnement isotopique lors des processus biologiques et par conséquent la signature isotopique de la matière organique ainsi que celle des différents métabolites dépendent de la disponibilité (limitation) des pools de substrat, des flux relatifs des métabolites et des conditions environnementales.

L’approche isotopique constitue donc un outil puissant d’analyse des mécanismes de fonctionnement physiologique des plantes et ceci à différentes échelles physiologiques (métabolisme au niveau cellulaire, organe, individu, écosystème) et temporelles. Les modèles de fractionnement isotopique (au niveau de leur abondance naturelle) sont maintenant “ incontournablement ” complémentaires des modèles de fonctionnement physiologique et métabolique des plantes.

De plus, les isotopes stables offrent un moyen de marquage à froid de longues durées (non-radioactif) par exemple des produits de la photosynthèse et des réservoirs de substrats utilisés ensuite dans le développement.

La plate-forme Métabolisme permet :

  • De reconnaître des génotypes (ou variétés) d’intérêt agronomique (céréales par exemple) plus ou moins résistants à la sécheresse à partir des mesures de la composition isotopique en 13C de la matière organique de plantes.
  • De déterminer, dans un réseau trophique (terrestre ou aquatique), le niveau d’un organisme par l’analyse de la composition isotopique en 15N de sa matière organique.
  • De purifier les métabolites majeurs de plantes (par exemple les sucres solubles et certains acides organiques intermédiaires du cycle de Krebs par HPLC, l’amidon et les lipides totaux) et d’analyser leur composition isotopique en 13C et 15N.
  • De déterminer l’origine métabolique du carbone utilisé pour la respiration en couplant les mesures isotopiques du CO2 respiré à celles du quotient respiratoire (CO2 dégagé/O2 consommé), indicateur de la nature du substrat respiré.
  • De faire des marquages isotopiques des produits photosynthétiques et de suivre le devenir du carbone marqué dans le CO2 respiré et dans différentes fractions métaboliques.
  • De faire des marquages positionnels (par exemple sucre marqué sur C1 ou C3) pour déterminer l’activité relative des voies métaboliques dans différentes conditions environnementales.

Conclusion :

Globalement, c’est un ensemble analytique puissant visant à la compréhension du métabolisme dans des conditions d’environnement variables et sur des génotypes différents.

Cet ensemble a déjà permis de déterminer des « physiotypes » qui diffèrent par la gestion du carbone utilisé lors de la respiration (voir publications du groupe photosynthèse et environnement).