Mécanismes de surveillance de l'intégrité pariétale et rôle dans l'induction des réponses de défense chez les plantes

Plant cell wall integrity monitoring mechanisms and role in the induction of plant defense responses

• Auteur / Autrice : Mathieu Larroque
• Direction : Bernard Dumas, Elodie Gaulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions plantes-microorganismes
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanismes de défense

Arabidopsis thaliana

Mort cellulaire

Oomycètes

Mots clés libres

Cbm1

Oomycètes

Evolution

Mort Cellulaire

Eliciteur

Cbel

Arabidopsis thaliana

Variabilité Naturelle

Résumé

Les oomycètes sont des organismes filamenteux eucaryotes distincts phylogénétiquement des champignons, dont la plupart sont phytopathogènes. CBEL est une glycoprotéine pariétale de l'oomycète Phythophthora parasitica, pouvant se lier à la cellulose et induire l'expression de gènes de défense ainsi que la mort cellulaire chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Cette protéine est constituée de deux régions séparées par une région charnière riche en thréonine proline. Chaque région protéique présente un motif de liaison à la cellulose (CBM1) et un motif PAN-Apple impliqué dans des interactions protéines/protéines ou protéines/polysaccharides. Ce travail de thèse visait à décrypter les mécanismes moléculaires impliqués dans la reconnaissance de CBEL par les végétaux. Dans un premier temps, une analyse in silico a permis de dresser le répertoire complet des protéines eucaryotes à motif CBM1. A contrario des champignons, les oomycètes expriment majoritairement des protéines à motifs CBM1 en association avec des domaines non-catalytiques, suggérant un rôle particulier pour ces protéines chez les oomycètes. Bien que la signature protéique des CBM1 d'oomycètes soit distincte de celle des champignons par la position des cystéines impliquées dans le repliement du domaine et la nature des acides aminés aromatiques responsable de la fixation de la cellulose, la modélisation du CBM1 de CBEL a révélé qu'il pouvait s'associer à la cellulose de façon similaire à un CBM1 fongique. Cette étude a montré que les protéines à domaines CBM1 d'oomycètes sont distinctes de celles des champignons, et présentent une histoire évolutive distincte. Dans un second temps, une production en masse de l'éliciteur a été réalisée dans la levure Pichia pastoris. La protéine hétérologue CBEL conserve les activités biologiques de la protéine native, ce qui a permis une approche de criblage de lignées d'A. Thaliana pour préciser les mécanismes moléculaires impliqués dans sa reconnaissance. De façon surprenante, les réponses de défenses induites par CBEL chez Arabidopsis sont sujettes à une forte variabilité naturelle. La production d'espèces activées de l'oxygène (ROS) liée à la NADPHoxidase est apparue indépendante de la mise en place de la mort cellulaire. En réponse à CBEL, ces deux voies de signalisations agissent en synergie dans l'activation de l'expression de gènes chez A. Thaliana. Enfin, l'utilisation de mutant d'A. Thaliana a montré l'implication de récepteurs like kinase tels BAK1/SERK3 dans la réponse à CBEL. Cette étude a permis de proposer un modèle d'interconnexion des voies de défenses en réponse à CBEL chez A. Thaliana.

Oomycetes are filamentous eukaryots phylogenetically distinct from fungi and most of them are plant pathogens. CBEL is a cell wall protein of the oomycete Phythophthora parasitica, that is able to bind cellulose and induce defense genes expression as well as cell death on the model plant Arabidopsis thaliana. This protein is constituted of two distinct regions linked by a Thr/Pro rich linker. Each region owns a cellulose binding module (CBM1) and a PAN-Apple domain involved in protein/protein or polysaccharides/proteins interactions. This thesis work aimed at deciphering the molecular mechanisms involved in the recognition of CBEL by plants. In a first time, an in silico analysis allowed us to list the complete repertory of eukaryotic proteins containing CBM1. In contrary to fungi, oomyctes mainly express CBM1 domain associated to non-catalytic domain, meaning a specific role for CBM1 in oomyctes. Although oomyctes CBM1 pattern differ from fungal one on position of critical cysteins for correct folding and aromatic amino acids involved in substrate binding, the modelisation of CBEL's CBM1 revealed it could bind cellulose in a similar way compared to fungal CBM1. This study showed that CBM1 proteins from oomyctes differ from the ones in fungi that is probably the consequence of different evolutive histories. In a second time, mass production of the elicitor was performed in the yeast Pichia pastoris. Heterologous protein CBEL keep similar biological activities compared to the native protein that allowed to screen A. Thaliana lines for identifying molecular players involved in its recognition. Surprisingly, CBEL-induced responses CBEL in Arabidopsis suffer from a strong natural variation. Reactive oxygene species production linked to the NADPHoxidase was independent on the set up of cell death. In response to CBEL, these two signaling pathways act in synergy on defense genes expression in A. Thaliana. Indeed, the use of A. Thaliana mutants showed that receptor like kinase as BAK1/SERK3 were involved in the response to CBEL. This study enabled us to draw a model of the defense signaling network in response to CBEL in A. Thaliana.