Involvement of a putative glutamate receptor mediated calcium signalling in tobacco : a new link in plant defence

par Parul Vatsa

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Angela Garcia-Brugger et de Alain Pugin.

Soutenue le 18-03-2010

à Dijon , dans le cadre de École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon) , en partenariat avec Plante, Microbe, Environnement (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Haiech.

Le jury était composé de Alistair Hetherington.

Les rapporteurs étaient Jacques Joyard, Benoît Lacombe.

  • Titre traduit

    Etude de la signalisation calcique induite par le glutamate chez le tabac : un récepteur du glutamate putatif comme nouvel acteur dans la défense des plantes


  • Résumé

    Chez les mammifères, le glutamate est un neuromédiateur bien connu au niveau du système nerveux central et plus récemment un rôle immunomodulateur lui a été reconnu. Le glutamate est le ligand de récepteurs ionotopiques (iGluRs) qui sont des récepteurs-canaux perméables à divers cations dont le calcium (non-selective cation channels, NSCC). Chez Arabidopsis thaliana, une famille de 20 gènes de iGluRs homologues des iGluRs de mammifères a été identifiée et leur implication dans divers processus biologiques est suggérée. Dans ce travail où nous utilisons des suspensions de cellules de tabac (Nicotiana tabacum var Xanthi), divers arguments suggèrent que ces iGluR sont fonctionnels dans le tabac : influx de calcium et élévation rapide et transitoire de la concentration en calcium cytosolic libre en réponse à l’addition de glutamate, inhibition de ces effets par 4 antagonistes de iGluRs animaux (compétitifs ou non compétitifs), désensibilisation, et pH dépendance des effets. Pour la première fois chez les plantes nous montrons que le glutamate induit la production de NO très vraisemblablement via l’activation de iGluRs. De plus, nous démontrons que ce(s) iGluRs sont impliqués dans le mode d’action, via les flux de calcium, de la cryptogéine une protéine de 10 kDa de Phytophthora cryptogea, éliciteur des réactions de défense chez le tabac. Néanmoins, à ce niveau, les iGluRs ne sont pas impliqués dans la plupart des événements calcium-dépendants induits par la cryptogéine dont l’activation des MAPKs et de canaux anioniques, la production de H2O2 (activation de la NADPH-oxydase) et la réponse hypersensible. En revanche, ils sont tout ou partiellement responsables de la production de NO décrite pour la première fois par le passé en réponse à la cryptogéine. Ces résultats suggèrent que différents types de canaux calciques activés par divers médiateurs, génèrent, via le calcium, des messages spécifiques décodés par des protéines associées à chacun de ces types de canaux et impliquées dans des réponses biologiques différentes. Dans le mode d’action de la cryptogéine, nous démontrons que l’activation des iGluRs est possible grâce à l’exocytose de glutamate dans l’apoplaste, induite par la cryptogéine. Ainsi, ce travail est la première démonstration du rôle de iGluRs potentiels dans la défense chez les plantes et de leur implication dans la production de NO. Nos résultats sont un argument supplémentaire à la conservation des mécanismes de la défense dans le monde vivant et posent le problème du rôle du glutamate dans la signalisation chez les plantes.


  • Résumé

    Glutamate is recognized as the primary excitatory neurotransmitter in the mammalian central nervous system (CNS) but recent studies have shown that glutamate has an important additional immunomodulator role. Glutamate is the ligand of ionotropic glutamate receptors (iGluRs), which are non-selective cation channels (NSCC), permeable to calcium. In plants, animal iGluR homologs were found that were involved in many developmental processes. Here we demonstrate the involvement of putative iGluRs in calcium signalling in response to cryptogein which is a 10 kDa protein secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea and is an elicitor of defence in tobacco. Using transformed tobacco cell suspensions expressing aequorin in the cytosol or in the nucleus, our results have shown that glutamate induces a strong and transient [Ca2+]cyt elevation without [Ca2+]nuc changes. Glutamate-induced [Ca2+]cyt elevation was a result of calcium influx from the extracellular medium and was inhibited by different GluR inhibitors. This data suggest the presence of functional calcium channels of GluRs-type in tobacco. Nevertheless, glutamate does not induce some of the calcium-dependent characteristic events of the defence pathways, which are H2O2 production, MAPK activation and hypersensitive response, but promoted NO production. Further, Ca2+ influx,[Ca2+]cyt elevation and NO production induced by cryptogein were shown to be partially inhibited by the glutamate receptor inhibitors, suggesting that cryptogein treatment could activate a calcium channel of the GluR-type leading to plant defense signalling through NO production. We have also demonstrated that cryptogein induces an efflux of glutamate in the apoplast by the process of exocytosis thus activating the GluRs in tobacco. This is the first demonstration for a potential GluR(s) involvement in plant defense signalling, furthermore by mechanisms that showed homology with glutamate effect on neuronal cells.

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