The plant cystoskeleton : target for plant parasitic nematodes during a susceptible interaction

par Mohamed Youssef Banora

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Janice de Almeida-Engler et de Pierre Abad.

Soutenue en 2010

à Nice .


  • Résumé

    Root-knot nematode (RKN) Meloidogyne species are one of the most important obligate sedentary endoparasites attacking many plants species. They are competent to modify plant root cells by inducing specialized feeding structures. The genera Meloidogyne is capable to induce abnormal changes in selectes root vascular cells to form complex feeding cells (giant cells) that supply nutrients for the nematodes to enlarge, become sedentary and finally developing into fertile adults. Giant cells are hypertrophied multinucleated acytokinetic cells containing a dense metabolically active cytoplasm filled with proliferating organelles and showing an entirely rearranged actin and microtubular cytoskeleton. Therefore, the plant cytoskeleton might be one of the main targets during nematode infection and its rearrangement seems to be important for the successful completion of the nematode’s life cycle. In order to find out which role the cytoskeleton plays during the fast isodiametric growth of feeding cells and which cytoskeleton components are involved in the cytoskeletal remodelling of nematode feeding site (NFS), we investigated the distribution of the microtubular cytoskeleton and its behaviour during giant cell development. Immunocytochemical analysis of tubulins as well as in vivo observation of GFP-decorates microtubules (MT) revealed that severe changes of the cytoskeleton occur during feeding cell development. Our results provide evidence that cortical microtubules are dense and seemingly disordered and that endoplasmic MT’s probably undergo partial depolymerisation during giant cell ontogeny. On the other hand, large and multiple malformed spindles and phragmoplasts are seen in these giant feeding cells during (incomplete) mitotic events. The rearrangement of the cytoskeleton seems important for the proper initiation and development of galls,. In order to better understand the cytoskeleton rearrangement during feeding cell development we have initiated studies to investigate the involvement of y-tubulins which are required for MT nucleation at MT organizing centers (MTOCs). Our quantitative-RT-PCR analysis revealed that the transcripts of Arabidopsis y-tubulin genes (TUBG1 and TUBG2) and two y-tubulin complex proteins genes (GCP3 and GCP4) are upregulated in NFS. By using y-tubulin mutant lines, we demonstrated that both Arabidopsis y-Tubulins are needed for proper feeding cell development and nematode maturity. Immunocytochemical analyses of nematode infected Arabidopsis roots illustrated that y-tubulin-GFP are abundantly present in giant cells, localized to giant cell phragmoplasts and are associated with the cortical and cytosolic MTs. Furthermore, the immunofluorescence of y-tubulins in roots of nematode infected mutant lines indicated that y-tubulin proteins (TUBG1 and TUBG2) localize differently in giant cells : TUBG1 is highly concentrated around the nuclear surface of giant cell whereas TUBG2 is mainly distributed throughout the celle cortex. We have generated transgenic plants expressing the y-tubulin –GFP protein and in vivo observations of root apical meristem revealed abundant protein distributed throughout the cytoplasm and along spindles during mitosis. In giant cells y-tubulin was distributed mainly around the nuclei. Overexpression of y-tubulin also induced roots to skew and to adopt a twisted phenotype. Treatment with cytoskeleton drugs (propyzamide and oryzalin) showed that the twisted phenotype disappeared and roots grew traight as in wild type. Finally, immunolocalization carried out at the light and electron microscope level demonstrated that GCP3 colocalized with y-tubulin along the nuclear surface and in the giant cell cortex suggesting the presence of thze y-tubulin ring complex (yTuRC) in giant cells. This work suggests the presence of MTOCs in giant cells that might responsible for novel MT nucleation at the cell cortex, around the nuclei and during mitosis in giant-feeding cells induced by roots-knot nematodes. Therefore, y-tubulins may be play an important role in the control of cytoskeleton remodelling in nematode induced feeding cells.

  • Titre traduit

    Le cytosquelette des plantes : une cible pour les nématodes phytoparasites pendant une interaction compatible


  • Résumé

    Les nématodes à galles du genre Méloidogyne ou « root-knot nematodes (RKN) », sont de redoutables endoparasites sédentaires obligatoires de nombreuses espèces végétales. Ils sont capables d’engendrer de profondes modifications au niveau des cellules racinaires, en induisant la formation de structures nourricières spécifiques. Ces cellules vasculaires des racines évoluent en cellules nourricières géantes complexes (cellules géantes) qui fournissent les nutriments indispensables à la croissance, la sédentarisation et le développement des nématodes jusqu’au stade adulte fertile. Les cellules géantes sont acytokinétiques, multinucléées et hypertrophiées. Leur cytoplasme est dense et présente une intense activité métabolique. Les organites qu’il renferme prolifèrent abondamment. L’actine et le cytosquelette microtubulaire sont totalement réarrangés. Par conséquent, le cytosquelette de la cellule végétale pourrait être l’une des principales cibles d’action du nématode au moment de l’infection et sa réorganisation semble être une étape majeure pour la réussite du cycle de vie du parasite. Afin de savoir quel rôle joue le cytosquelette lors de la croissance isodiamétrique des cellules nourricières et quels sont les composants du cytosquelette impliqués dans la mise en place des sites d’alimentation du nématode ou « nematode feeding sites (NFS) », nous avons entrepris l’étude de la répartition et du réarrangement des microtubules du cytosquelette tout au long du développement des cellules géantes. L’analyse immunocytochimique des tubulines ainsi que l’observation in vivo des microtubules (MT) décorées avec le GFP a mis en évidence d’importantes modifications du cytosquelette au cours du développement des cellules géantes. Nos résultats montrent clairement que les microtubules corticaux sont denses et apparemment désordonnés et que les MTs endoplasmiques subissent probablement une dépolymérisation partielle au cours de l’ontogénèse des cellules géantes. Par ailleurs on observe dans ces cellules de nombreux sites contenant des phragmoplastes non alignés lors d’événements mitotiques qui s’avèrent également incomplets. Ce réarrangement global du cytosquelette semble important pour l’initiation de la formation puis le développement des galles. Afin de mieux comprendre les réarrangements du cytosquelette qui apparaissent lors du développement des cellules nourricières, nous avons entrepris l’étude du rôle spécifique des y-tubulines dans la nucléation MT au niveau des centres d’organisation MT (MTOCs). L’analyse par RT-PCR quantitative a révélé, au niveau des NFS, une surexpression des transcrits des gènes des deux y-tubulines d’Arabidopsis (TUBG1 et TUBG2) ainsi que des gènes codant les protéines du complexe y-tubuline (GCP3 et GCP4). En utilisant des lignées mutantes pour les protéines du complexe y-tubuline, nous avons démontré que les deux y-tubulines (TUBG1 et TUBG2) sont nécessaires au bon développement des cellules nourricières et à la maturité des nématodes. Les analyses immunocytochimiques des racines d’Arabidopsis infectées par les nématodes ont montré que les y-tubulines GFPs sont abondamment présentes et localisées au niveau des phragmoplastes des cellules géantes et qu’elles y sont associées au MTs corticaux et cytosoliques. En outre, l’immunofluorescence des y-tubulines de lignées mutantes dans les racines infectées par les nématodes a indiqué que les y-tubulines protéines TUBG1 et TUBG2 n’ont pas la même localisation dans les cellules géantes : TUGB1 est fortement concentrée autour de la membrane nucléaire alors que TUBG2 est répartie dans l’ensemble du cortex cellulaire. Nous avons généré des plantes transgéniques exprimant la protéine de fusion y-tubuline-GFP et les observations in vivo du méristène apical des racines ont mis en évidence une répartition homogène de la protéine dans tout le cytoplasme, le cortex cellulaire et le long des fuseaux miotiques et des phragmoplastes pendant la mitose. Dans les cellules géantes, la y-tubuline est répartie principalement autour des noyaux avec une répartition régulière en tache. La surexpression de la y-tubuline a également provoqué une croissance incurvée des racines avec apparition d’un phénotype en forme de vrille. Le traitement avec des molécules chimiques actives sur le cytosquelette (propyzamide et oryzaline) a entraîné une réversion de ce phénotype vrillé et un retour à une croissance normale des racines, identique au type sauvage. Enfin, l’immunolocalisation réalisée en microscopie électronique a démontré que GCP3 est co-localisée avec la y-tubuline autour de la surface nucléaire et dans le cortex de la cellule géante. De ce fait l’existence d’une complexe de type « y-tubulin ring complex (yTuRC) » dans les cellules géantes est très vraisemblable. Ce travail suggère que la présence des MTOCs dans les cellules géantes pourrait être responsable d’un nouveau type de nucléation MT au niveau du cortex cellulaire, autour des noyaux et pendant la phase de mitose de cellules géantes induites par les nématodes à galles. Par conséquent, les y-tubulines semblent jouer un rôle important dans le contrôle de la restructuration du cytosquelette des cellules géantes induites par les nématodes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (141 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 105-141. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 10NICE4055
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