Etude du rôle des sidérophores microbiens dans la modulation des défenses de la plante Arabidopsis thaliana

Study of the role of microbial siderophores in modulating immunity from the plant Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Aude Aznar
• Direction : Alia Dellagi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 21/05/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....) - Laboratoire des Interactions Plantes Pathogènes
• Jury : Président / Présidente : Graham Noctor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alia Dellagi, Graham Noctor, Pietra Bauer, Harald Keller, Arnould Savouré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pietra Bauer, Harald Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux

Immunité

Relations plante-microorganisme

Mots clés libres

Sidérophore

Arabidopsis thaliana

Défense des plantes

Fer

Éliciteur

Dickeya dadantii

Siderophore

Arabidopsis thaliana

Plant defense

Iron

Elicitor

Dickeya dadantii

Résumé

Le fer est un élément essentiel pour presque tous les êtres vivants cependant, il est peu biodisponible et est toxique dans sa forme libre car il engendre des formes réactives de l'oxygène via la réaction de Fenton. Pour se procurer le fer, les microorganismes sécrètent de petites molécules nommées sidérophores ayant une très forte affinité pour Fe3+. Les sidérophores sont requis pour la pathogénie de plusieurs agents pathogènes sur hôtes animaux ou végétaux, mais ce sont également des éliciteurs de défense. Des travaux antérieurs ont montré que les sidérophores activent les défenses et les gènes de réponse à la carence en fer chez Arabidopsis thaliana. L’activation de réponses de défense par le sidérophore requiert un niveau physiologique de fer dans la plante indiquant que le fer participe à la mise en place de ce processus. Au cours de ma thèse, les réponses globales de la plante A. thaliana au sidérophore deferrioxamine (DFO) ont été étudiées par une approche transcriptome. Les résultats obtenus montrent que le principal processus activé est l’immunité. En utilisant des chélateurs de fer différents, j’ai montré que l’effet chélation du fer est responsable de l’activation de l’immunité. Le traitement sidérophore provoque également une perturbation de l’homéostasie du fer et d’autres métaux dans la plante. Dans un mutant irt1 affecté dans le transport de plusieurs métaux lourds dont le fer, l’activation des défenses par la DFO est compromise. Par ailleurs, j’ai étudié l’effet du statut en fer de la plante sur sa sensibilité à la bactérie pathogène Dickeya dadantii et sur l’expression des défenses. Il apparait que le fer est requis pour la mise en place de plusieurs processus de défense en réponse à D. dadantii. Les plantes carencées en fer sont plus résistantes à l’infection. Une quantité de fer physiologique dans la plante est requise pour la multiplication bactérienne et pour l’expression des facteurs de pathogénie, les pectate lyases. Le marquage du fer par la méthode Perls’-DAB-H2O2 montre que celui–ci est très peu abondant dans les tissues végétaux contenant les bactéries qui, elles, sont chargées de fer. Dans l’ensemble, nos résultats montrent que le fer est requis dans l’arsenal défensif de la plante mais qu’il est également un facteur limitant pour le cycle infectieux de D. dadantii.

Iron is an essential element for almost all living organisms, however, it is not bioavailable and is toxic in its free form as it generates reactive oxygen species via the Fenton reaction. To obtain iron, microorganisms secrete small molecules named siderophores with very high affinity for Fe3 +. Siderophores are required for the pathogenesis of several pathogens on animals or plants, but they also are elicitors of defenses. Previous work has shown that siderophores activate defenses and iron deficiency response genes in Arabidopsis thaliana. The activation of defense responses by the siderophore requires a physiological level of iron in the plant indicating that iron is involved in the activation of this process. In my thesis, the global response of the plant A. thaliana to the siderophore deferrioxamine (DFO) has been studied by a transcriptomic approach. The results obtained show that the main process being activated is immunity. By using different iron chelating agents, I have shown that the iron chelation effect is responsible for the activation of immunity. The siderophore treatment also causes disturbance in the homeostasis of iron and other metals in the plant. In an irt1 mutant affected in the transport of heavy metals including iron, activation of defenses by the DFO is compromised. In addition, I studied the effect of iron status of the plant on its susceptibility to the pathogenic bacteria Dickeya dadantii and on the expression of defenses. It appears that iron is required for the establishment of several defense processes in response to D. dadantii. The iron deficient plants are more resistant to infection. A physiological amount of iron in the plant is required for bacterial growth and for expression of the virulence factors, pectate lyases. Iron staining by the Perls' -DAB - H2O2 method shows that low abundance of this metal in plant tissue coincides with the presence of bacteria, which contain high amounts of iron. Overall, our results show that iron is required in the defense arsenal of the plant but it is also a limiting factor for the infectious cycle of D. dadantii.