Trienoic fatty acids and plant tolerance of temperature

Laboratoire de biologie des semences, Inra, route de St-Cyr, 78026 Versailles Cedex, France

Abstract

The biophysical reactions of light harvesting and electron transport during photosynthesis take place in a uniquely constructed bilayer, the thylakoid. In all photosynthetic eukaryotes, the complement of atypical glycerolipid molecules that form the foundation of this membrane are characterised by sugar head-groups and a very high level of unsaturation in the fatty acids that occupy the central portion of the thylakoid bilayer. alpha-linolenic (18:3) or a combination of 18:3 and hexadecatrienoic (16:3) acids typically account for approximately two-thirds of all thylakoid membrane fatty acids and over 90% of the fatty acids of monogalactosyl diacylglycerol, the major thylakoid lipid [1, 2]. The occurrence of trienoic fatty acids as a major component of the thylakoid membrane is especially remarkable since these fatty acids form highly reactive targets for active oxygen species and free radicals, which are often the by-products of oxygenic photosynthesis. Photosynthesis is one of the most temperature-sensitive functions of plant [3, 4]. There remains a widespread belief that these trienoic fatty acids might have some crucial role in plants to be of such universal occurrence, especially in photosynthesis tolerance of temperature [5].

Résumé

Les membranes des chloroplastes, siège de la photosynthèse, sont très riches en acides gras tri-insaturés. La proportion de ces acides gras dans les membranes végétales peut être modifiée lors de changements de température. Pour cette raison, il a été postulé que ces acides gras sont impliqués dans les mécanismes de résistance à la chaleur ou au froid des fonctions membranaires, en particulier de la photosynthèse qui est une des fonctions de la cellule les plus sensibles à la température. Afin de tester cette hypothèse, nous avons obtenu un triple mutant d’Arabidopsis qui ne contient pas d’acides gras tri-insaturés et mesuré les effets de la température sur cette lignée. Nous montrons que les acides gras tri-insaturés ne sont pas nécessaires pour la croissance et la photosynthèse dans des conditions normales de température et de lumière. En revanche, ils sont importants pour assurer la biogenèse et le maintien des chloroplastes de plantes cultivées à 4 °C, ou pour la survie de la plante cultivée à 33 °C. La présence de seulement un tiers de ces acides gras est suffisante au maintien d’une croissance et d’une photosynthèse normale si la plante est transférée à une température en dessus ou au-dessous de la normale.