Métabolisme du tréhalose chez la vigne (Vitis vinifera L.) en conditions stressantes : effets du froid et de l’infection par Botrytis cinerea

par Olivier Fernandez

Thèse de doctorat en Biologie et physiologie végétales

Sous la direction de Christophe Clément et de Fabienne Baillieul.

Soutenue le 25-11-2011

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) .


  • Résumé

    L’objectif de mes travaux de thèse était d’étudier le métabolisme du tréhalose chez la vigne (Vitis vinifera L. cv. Chardonnay) en réponse à l’exposition à deux stress : le froid" chilling " et l’infection par le champignon pathogène Botrytis cinerea.Pour cela, nous avons tout d’abord optimisé un dosage du tréhalose par fluorimétrie qui nous a permis de caractériser le métabolisme du tréhalose en réponse à ces deux stress.Le métabolisme du tréhalose est activé différemment par le froid dans les organes dela vigne. Les gènes VvTPPA, codant une enzyme de synthèse du tréhalose, et VvTRE, codantla tréhalase, l’enzyme de dégradation, sont respectivement induits et réprimés dans les feuilleset leur expression est corrélée à une augmentation de la concentration en tréhalose. En outre,aucune synthèse de tréhalose n’est mesurée dans les tiges et il n’est pas détectable dans les racines. Enfin, la synthèse de T6P, son précurseur, est précoce dans les feuilles (3 heures aprèsl’exposition au froid). Nos résultats s’accordent avec le modèle actuel faisant du T6P une molécule-signal, corrélée à la concentration en saccharose. Ils excluent, pour le tréhalose, une participation significative à l’osmorégulation en réponse au froid chez la vigne. Par ailleurs,nous avons utilisé des plants de vigne bactérisés par Burkholderia phytofirmans, une bactérie endophyte induisant une tolérance au froid chez cette plante. Nous y avons observé une synthèse de T6P et de tréhalose et nous pensons que cette synthèse pourrait constituer une composante importante de la tolérance induite au froid.Lors de l’infection de feuilles de vitroplants de vigne par B. cinerea, nous avons observé (i) une forte augmentation de la quantité de tréhalose, (ii) l’induction de l’expression du gène VvTRE et (iii) l’augmentation de l’activité tréhalase. En revanche, aucune augmentation de la concentration en T6P n’a été détectée. Nous pensons donc que la synthèsede tréhalose in planta n’est pas favorisée durant l’infection et que le tréhalose détecté est probablement d’origine fongique. Nos résultats sont compatibles avec l’hypothèse selon laquelle l’induction du gène codant la tréhalase et l’augmentation concomitante de son activité interviendraient lors des interactions plantes-agents pathogènes pour éviter toute perturbation du rôle de molécule-signal joué par le T6P.Au final, le métabolisme du tréhalose participe à la réponse aux stress environnementaux chez la vigne et son étude mériterait d’être approfondie, notamment en ce qui concerne les stress biotiques.


  • Résumé

    The purpose of the present thesis was to investigate grapevine trehalose metabolism upon exposure to 2 stress conditions: chilling and infection by the grey mould fungus Botrytis cinerea.Initially, we had to optimize a fluorimetric based assay to assess trehalose concentration in grapevine. Latter, this method was used to characterize trehalose synthesis in this plant when exposed to chilling or infected by B. cinerea.Upon chilling exposure, trehalose metabolism is differentially activated in grapevine organs. VvTPPA, a gene involved in trehalose synthesis, and VvTRE, encoding the trehalose degrading enzyme (trehalase), were respectively induced and repressed and their expression was correlated with an increase of trehalose concentration in leaves. No trehalose synthesis was observed in stems and the sugar was undetectable in roots. T6P (its precursor)concentration increase was faster in leaves (3 hours after chilling exposure). Our results are in agreement with current status of T6P acting as a signal molecule, correlated with sucrose concentration, and exclude any significant participation of trehalose as a global osmoprotectant under chilling stress in grapevine. Additionally, we have used grapevine plants bacterized by Burkholderia phytofirmans, an endophytic bacterium that confers them chilling tolerance. We have detected T6P and trehalose synthesis in these plants and we believe it might contribute to the induced chilling tolerance.During grapevine leaf infection by B. cinerea, we observed: (i) a strong increase oftrehalose concentration, (ii) the induction of VvTRE and (iii) an increase of trehalase activity.However, no increase in T6P concentration was detected during infection. Our results suggest that trehalose metabolism is not activated upon B. cinerea infection and that trehalose detected is mainly of fungal origin. This is compatible with current hypothesis considering trehalase encoding gene induction and increase in trehalase activity as a plant response to avoid interference with T6P signaling pathway during pathogen infection.Overall, trehalose metabolism is involved in environmental stress responses in grapevine and might be consider for further research especially with focus on biotic stress.


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