Calcium signaling in plant defense : involvement of subcellular compartments and glutamate receptors

par Hamid Manzoor

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Angela Garcia-Brugger.

Soutenue le 11-05-2012

à Dijon , dans le cadre de ?cole doctorale Environnements, Sant? (Dijon ; Besan?on ; 2012-....) , en partenariat avec Agro?cologie (Dijon) (laboratoire) et de Agro?cologie (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Pugin.

Le jury était composé de Beno?t Lacombe.

Les rapporteurs étaient Christian Bri?re, Thierry Gaude.


  • Résumé

    Les plantes pr?sentent une forme d?immunit? inn?e face ? des agents potentiellement pathog?nes qui se traduit par l?induction de r?ponses de d?fense. Les r?ponses immunes des plantes sont induites apr?s d?tection de motifs mol?culaires associ?s ? des pathog?nes ou ? des micro-organismes par des r?cepteurs reconnaissant sp?cifiquement ces motifs et/ou des mol?cules d?riv?es des agents pathog?nes ou de la plante, appel?s ?liciteurs de r?action de d?fense. La cryptog?ine (Cry) et les oligogalacturonates (OGs) sont des ?liciteurs ?tablis de r?actions de d?fense et leur reconnaissance induit une signalisation Ca2+-d?pendante : un influx calcique et une variation de la concentration cytosolique en Ca2+ libre ([Ca]cyt) sont des ?v?nements pr?coces induisant une voie de signalisation de d?fense. Nous avons d?montr? que chez le tabac, les ?liciteurs induisent une signalisation calcique dans les mitochondries et les chloroplastes. Des ?tudes pharmacologiques indiquent que des canaux IP3-d?pendants r?gulent la signalisation calcique induite par la Cry dans les mitochondries et les chloroplastes. La respiration mitochondriale et les m?canismes de dissipation de l??nergie dans les chloroplastes sont r?gul?s en partie par la [Ca2+] dans ces organites. De plus, nous montrons par des approches pharmacologiques et g?n?tiques, que des homologues aux r?cepteurs du glutamate (GLRs) participent ? la signalisation calcique induite par les OGs dans Arabidopsis. Les GLRs contr?lent en partie la production d?oxyde nitrique (NO) et d?esp?ces r?actives de l?oxyg?ne (ROS), ainsi que l?expression de g?nes de d?fense. Par ailleurs, les plantes trait?es par des antagonistes des GLRs, pr?sentent une moindre r?sistance au pathog?ne fongique n?crotrophique, Botrytis cinerea et ? l?oomyc?te biotrophique, Hyaloperonospora arabidopsidis. L?analyse de mutants Atglr r?v?le l?importante contribution de AtGLR3.3 dans la r?sistance envers H. arabidopsidis. De plus, de frappantes similarit?s dans l?expression de g?nes sont observ?es apr?s traitement par les OGs ou apr?s infection par H. arabidopsidis. Enfin, une analyse transcriptomique montre qu?environ 60 % des g?nes modul?s par les OGs ont une expression qui d?pend de GLRs. Ces g?nes d?pendants de GLRs appartiennent ? diverses familles fonctionnelles dont celle r?pondant aux stress biotiques. En conclusion, ces ?tudes montrent 1) que les mitochondries et les chloroplastes pr?sentent aussi une signalisation calcique induite par des ?liciteurs de r?action de d?fense chez le tabac et 2) l?implication de GLRs dans la signalisation calcique induite par des ?liciteurs ou des agents pathog?nes et la r?sistance envers des agents pathog?nes chez Arabidopsis


  • Résumé

    Plants do not display an adaptive immune system but express an efficient innate immune system defending them by inducing sophisticated multilevel defense responses against different potential pathogens. Indeed, plant immune responses are triggered upon the detection of many common pathogen- or microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs) through specific pattern-recognition receptors (PRRs) and/or pathogen- or plant-derived signal molecules called elicitors. Cryptogein (Cry) and oligogalacturonides (OGs) are well known elicitors of defense reactions and their recognition induce a Ca2+-dependent signaling pathway: Ca2+ influx and subsequent free cytosolic [Ca2+] ([Ca2+]cyt) variations are earliest steps to trigger downstream plant defense signaling. Here we have demonstrated that elicitor-induced Ca2+ signaling in tobacco also takes place in mitochondria and chloroplasts. Pharmacological studies indicated that IP3-channels play an important role in the regulation of Ca2+ signaling in mitochondria and chloroplasts. Mitochondrial respiration and energy dissipation mechanisms in chloroplasts are partly controlled by [Ca2+] in these organelles. Moreover, using pharmacological and genetic approaches, our data demonstrated that glutamate receptors homologs (GLRs) participate in OGs-mediated Ca2+ signaling in Arabidopsis. GLRs partly control OGs-induced nitric oxide (NO) production, reactive oxygen species (ROS) production and expression of defense-related genes. Importantly, plants treated with GLRs antagonists exhibited compromised resistance to necrotrophic fungal pathogen, Botrytis cinerea and biotrophic oomycete, Hyaloperonospora arabidopsidis. Analysis of Atglr single mutants revealed the important contribution of AtGLR3.3 in resistance against H. arabidopsidis. Moreover, striking similarities in gene expression levels were observed after OGs elicitation/H. arabidopsidis infection. Finally, transcriptomic analysis demonstrated that about 60 % of the total OGs-modulated genes modified their expression in GLRs-dependent manner. These GLRs-dependent genes belong to different functional categories including the category ?responses to biotic stresses?. Taken together, these data provide strong evidences of 1) elicitor-induced Ca2+ signaling in mitochondria and chloroplasts in tobacco and 2) the regulation of elicitor/pathogen mediated plant defense signaling pathways through GLRs in Arabidopsis thaliana


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  • Détails : 1 vol. (xii-238 f.)
  • Annexes : Bibliographie f. 180-238, 984 réf.

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  • Cote : TNSDIJON/2012/102
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