Etude du rôle du monoxyde d'azote (NO) dans la réponse d'Arabidopsis thaliana au cadmium : liens avec l'homéostasie du fer

Role of nitric oxide (NO) in Arabidopsis thaliana response to cadmium : links with iron homeostasis

• Auteur / Autrice : Angélique Besson-Bard
• Direction : David Wendehenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie. Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Dijon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Homéostasie

Cadmium

Arabidopsis thaliana

Monoxyde d'azote

Résumé

Ce travail est une contribution à l'étude du mode d'action du monoxyde d'azote (NO) dans la réponse des plantes aux stress (a)biotiques. Nous avons analysé le rôle du NO dans la toxicité du cadmium (Cd) chez Arabidopsis thaliana. Les plantes ayant absorbé du Cd par les racines produisent du NO dans les racines et les feuilles. Le NO participe à l'inhibition de la croissance des racines induite par le Cd, favorise son absorption et contribue à la réduction de la concentration de calcium (Ca). La production de NO serait la conséquence de la réduction de la concentration en fer. Le NO agirait ensuite comme un signal de carence en fer et activerait l'expression de gènes associés au transport du fer, facilitant ainsi l’import du Cd. Le NO pourrait aussi promouvoir l’activation de canaux/transporteurs de Ca perméables au Cd et/ou favoriser une compétition entre Cd et Ca. En conclusion, le NO est un médiateur de la toxicité du Cd. Parmi les gènes cibles du NO figure AtNAS4 codant une enzyme catalysant potentiellement la synthèse de nicotianamine (NA). Nous avons caractérisé un mutant d’insertion de ce gène qui arbore un taux de NA réduit, indiquant qu’AtNAS4 est une source de NA dans les feuilles. L’étude du mutant a révélé qu’AtNAS4 joue un rôle clé dans l’homéostasie du fer, dans la résistance au Cd et en réponse à l’infection par Erwinia chrysanthemi. Enfin, nous avons développé une méthode électrochimique de dosage du NO dans le milieu extracellulaire de suspensions cellulaires de tabac. Cette méthode quantitative qui s’est avérée sélective et sensible a permis de confirmer la capacité de la cryptogéine, un éliciteur des réactions de défense, à déclencher une production de NO.

Here, we investigated the role of nitric oxide (NO) in plant responses to (a)biotic stresses. In a first part, we analyzed the synthesis and role of NO in plants exposed to cadmium (Cd), a non essential and toxic metal. We demonstrated that Cd induces NO synthesis in roots and leaves of Arabidopsis thaliana treated at the root level. NO contributes to Cd-triggered inhibition of root growth and to Cd uptake and is also responsible for Cd-induced inhibition of root Ca accumulation. Taken together, our results suggest that NO contributes to Cd toxicity by favouring Cd versus Ca uptake and by initiating a cellular pathway resembling those activated upon iron deprivation via the activation of expression of genes related to iron uptake. One of the NO-modulated genes in response to Cd treatment is NAS4 (nicotianamine synthase 4) encoding an enzyme potentially catalysing the formation of nicotianamine (NA), a metal chelator. We showed that atnas4, a mutant carrying a T-DNA insertion in AtNAS4, displays a reduced NA content in leaves, indicating that AtNAS4 is a major enzymatic source for NA. This mutant exhibits a hypersensitivity to iron deficiency, to Cd treatment and to infection by the bacterial pathogen Erwinia chrysanthemi. We conclude that AtNAS4 plays a central role in iron homeostasis as well as in Cd and E. Chrysanthemi resistance in A. Thaliana. The second part of this study dealt with an electrochemical method we developed in order to probe free NO in the extracellular medium of tobacco suspension cells in response to cryptogein, an elicitor of defense responses. This technique provided real-time evidence that cryptogein is able to induce an increase of extracellular NO.