Identification of environmental stress biomarkers in seedlings of European beech (Fagus sylvatica) and Scots pine (Pinus sylvestris)

Climate development models predict alterations that will critically influence plant metabolism in southern and central Europe. Although the molecular players involved in the response to climatic stress factors have been well described in crops, little information is available for forest tree species. Consequently, the identification of molecular biomarkers suitable for evaluating the actual impact of different environmental stress conditions on forest plants would be of great importance for monitoring purposes and forest management. In this study, we evaluated a biochemical methodology for the assessment of temperature stress in European beech (Fagus sylvatica L.) and Scots pine (Pinus sylvestris L.) seedlings by analyzing a set of metabolites and enzymes involved in free radical scavenging and cell wall synthesis. The results indicate that the combined analysis of the specific activities and isoform profile of peroxidases, superoxide dismutases, and glutathione peroxidases coupled with the amount variation of phenolic compounds enabled the discrimination between stressed and control seedlings. This approach represents a promising platform for the assessment of temperature stress in forest trees and could also enhance selection and breeding practices, allowing for plants more tolerant and (or) resistant to abiotic stress. Key words: abiotic stress, enzyme activity, forestry, peroxidase, temperature stress. Les modeles devolution du climat prevoient des changements qui auront une influence determinante sur le metabolisme des plantes dans le sud et le centre de l'Europe. Bien que les acteurs moleculaires impliques dans la reaction aux facteurs de stress climatiques aient ete decrits pour les cultures, il y a peu d'information disponible dans le cas des arbres. Par consequent, l'identification de biomarqueurs moleculaires adequats pour evaluer l'impact reel de differentes conditions environnementales causant un stress aux plantes forestieres serait d'une grande importance a des fins de suivi et d'amenagement forestier. Dans cette etude, nous avons evalue une methodologie biochimique pour l'estimation du stress du a la temperature chez des semis de hetre commun (Fagus sylvatica L.) et de pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) en analysant un ensemble de metabolites et d'enzymes impliques dans le piegeage des radicaux libres et la synthese de la paroi cellulaire. Les resultats indiquent que l'analyse combinee de l'activite specifique et du profil isoforme des peroxydases, des superoxyde dismutases et des glutathion peroxydases, couplee a la variation de laquantite de composes phenoliques, permet de distinguer les semis stresses des semis temoins. Cette approche constitue une plateforme prometteuse pour evaluer le stress du a la temperature chez les arbres forestiers et pourrait aussi ameliorer les croisements et la selection visant a obtenir des plants tolerants ou resistants aux stress abiotiques. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: stress abiotique, activite enzymatique, foresterie, peroxydase, stress du a la temperature.
1. Introduction Recent studies of global climate change suggest that there will be more intense, more frequent, and longer lasting heat in upcoming climate. For example, coupled models of climate [...]