Analyse de la réponse phloèmienne de la plante à l'infestation par Myzus persicae

Analysis of the phloem in the plant response to aphid feeding

• Auteur / Autrice : Fanchon Divol
• Direction : Sylvie Dinant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences du végétal
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Phloème

Insecte phloèmophage

Analyse transcriptome

Résumé

Le phloème a comme fonction première le transport des photoassimilats des organes sources aux organes puits. Il est également impliqué dans la signalisation à longue distance et dans la coordination du développement. Les éléments conducteurs de la sève constituent le site alimentaire des insectes phloèmophages tels que les pucerons. Lors des interactions plante / pucerons, les mécanismes de défense associés aux processus de réponse des plantes aux pathogènes et à la blessure, sont induits au niveau local. Par contre, très peu de données sont disponibles quand aux processus impliqués dans la réponse systémique du tissu phloémien. Pour apporter des éléments de compréhension, nous avons utilisé deux approches en réponse à une infestation par le puceron Myzus persicae. Une analyse trancriptomique comparative a été réalisée avec des macroarrays d'ADNc thématiques construits à partir de deux banques soustraites SSH contenant 1632 ADNc de phloème isolé d'Apium graveolens. Puis une caractérisation fonctionnelle de quelques gènes a été entreprise chez Arabidopsis thaliana, basée sur l'étude de lignées recombinantes exprimant des fusions transcriptionnelles avec un gène rapporteur. Cette caractérisation a été complétée par des bio-essais sur des mutants d'inactivation (lignées K. O. ). La première approche a permis d'identifier 516 gènes induits de façon systémique dans le phloème 3 et/ou 7 jours après infestation. Ces gènes sont impliqués dans la modification des parois, le métabolisme carboné, azoté, la biosynthèse de la vitamine B1, l'homéostasie des métaux et les flux hydriques. L'analyse plus fine par northern blot et hybridation in situ, de quelques uns de ces gènes a permis de démontrer l'existence de régulations tissulaire et cellulaire différentielles dans cette réponse. Ces résultats suggèrent que le phloème réajuste de façon complexe et systémique, l'expression de nombreux gènes en réponse à une infestation. Par l'identification et l'étude des orthologues potentiels les plus proche chez A. Thaliana, la conservation de cette réponse entre espèce a été abordée. Ainsi il a pu être démontré que la spécificité tissulaire de l'expression de ces gènes, en particulier dans le phloème, était le plus souvent conservée entre espèces, mais que les dérégulations en réponse aux pucerons l'étaient moins. Une analyse plus fine des gènes AgXTH1 de céleri et de son orthologue AtXTH33 d' A. Thaliana codant une xyloglucane endotransglycosylase / hydrolase, induits de façon systémique lors d'une infestation, ont montré qu'ils sont régulés différentiellement en réponse à un insecte phloèmophage et à la blessure. Ces observations ont été complétées par les données de l'analyse fonctionnelle qui suggèrent un rôle de AtXTH33 dans les mécanismes de protection vis à vis de l'infestation par les pucerons.

The primary function of phloem is the transport of photoassimilates from source to sink organs, in addition to long distance signalling and to the coordination of the development. The conducting elements, the sieve elements, are the feeding sites for phloem feeding insects, such as aphids. This interaction induces locally a response similar to those associated with pathogen infection and wounding. . However, little information exists about the molecular processes involved during the systemic phloem response to feeding. To decopher the participation of the phloem in this response, we used two approaches in response to a infestation by the aphid Myzus persicae. A first trancriptomics comparative analysis was performed on celery (Apium graveolens) using thematic cDNA macroarrays prepared with 1632 cDNA clones from specific subtractive SSH cDNA libraries. This was completed by functional analysis based on the study of several Arabidopsis thaliana recombinant lines expressing reporter-gene transcriptional fusions and the realization of bioassays with knock-out (K. O. ) mutants. We were able to identify 516 genes that were systemically induced in the phloem at 3 and/or 7 days after infestation. These genes are implied in the modification of the walls, nitrogen and carbon metabolism, the biosynthesis of the vitamin B1, the homeostasis of metals and water exchanges. A more precise analysis of some of these of genes, using northern blot analysis and in situ hybridization, made it possible to show the existence of differential tissue and cellular regulations in this response. These results suggest that the phloem response is set upt by fine tuning readjustments of many genes in a complex and systemic way. By the identification and the study of the potential orthologs in A. Thaliana, the conservation of this response between species was then examined. This demonstrated that the tissue specificity of the expression of these genes, in particular in the phloem, was generally conserved between species, but that the regulations in response to aphids were less conserved. A finer analysis of the celery AgXTH1 genes and of its ortholog in Arabidopsis, AtXTH33, encoding a xyloglucane endotransglycosilase/hydrolase, that are induced in a systemic way following infestation, revealed that these genes present a differential response of the plant the insects and the wound. These observations were completed by results of the functional analysis which suggest a role of AtXTH33 in the mechanisms of protection against aphid infestation.