Conséquences d'un défaut mitochondrial sur la réponse hypersensible : étude d'un mutant respiratoire de Nicotiana sylvestris

par Guillaume Vidal

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Sciences du végétal

Sous la direction de Rosine de Paepe.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

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Résumé

La réponse hypersensible (HR) est considérée comme une forme de mort cellulaire programmée (PCD) chez les végétaux. Chez les animaux la mitochondrie joue un rôle important de signalisation et d'exécution dans la PCD. Afin d'évaluer l'implication de la mitochondrie au cours de la HR, le génotype sauvage (WT) et le mutant mitochondrial (CMSII) de Nicotiana sylvestris ont été examinés pour leur réponse à une protéine bactérienne élicitrice de la RH, la harpine N de Erwinia amylovora. Nous avons confirmé la présence de marqueurs de PCD animaux dans notre système: importance de l'influx de calcium, sortie précoce du cytochrome c hors des mitochondries et fragmentation des noyaux. L'ajout de calcium sur mitochondries in vitro entraîne la sortie du cytochrome c, qui pourrait s'effectuer suite à un changement de perméabilité des membranes mitochondriales. Nous avons mis en évidence une augmentation de la respiration totale in vivo durant la HR induite par la harpine. Chez le WT cette augmentation est principalement due à une forte augmentation de l'activité de la voie alterne de respiration (AOX) alors que chez CMSII les voies principale (COX) et AOX augmentent en parallèle. L'augmentation de la respiration pourrait entraîner une production accrue de Formes Activées de l'Oxygène intervenant dans la signalisation de la HR. Enfin, la harpine induit rapidement une chute de la photosynthèse et du rendement quantique du photosystème II ainsi qu'une accumulation de H2O2 dans les chloroplastes. Ces résultats mettent en évidence la participation des différents compartiments cellulaires à la PCD. La réponse du mutant CMSII à la harpine met en jeu des réponses différentes localisées au niveau de la mitochondrie ainsi qu'au niveau sub-cellulaire (davantage de transcrits antioxydants cytosoliques, fragmentation des noyaux moins importante) mais n'empêche pas in fine la HR.

Titre traduit

Consequences of a mitochondrial default on the hypersensitive response : study of a Nicotiana sylvestris respiratory mutant

Résumé

The hypersensitive response (HR) is considered to be a form of programmed cell death (PCD) in plants. In animals mitochondria play a major role in the signalling and execution of PCD. In order to evaluate the mitochondria involvement in HR, Nicotiana sylvestris WT genotype and mitochondrial mutant CMSII plants were studied for their reaction to the HR-inducing bacterial elicitor harpin from Erwinia amylovora. We confirm that some animal PCD markers occur in our system: importance of calcium influx, early cytochrome c exit from mitochondria intermembrane space and nuclei fragmentation. The addition of calcium onto mitochondria in vitro leads to the release of cytochrome c possibly mediated by changes in mitochondrial membranes permeability. We measured an in vivo increase in total respiration during the harpin-induced HR. In WT, this increase is mainly due to a strong increase in AOX activity whereas both AOX and cytochrome (COX) pathways increased in parallel in CMSII. The increase in respiration may drive a mitochondria-ROS overproduction involved in HR signalling. The harpin also induced an early decrease in photosynthesis and quantic yield of photosystem II and H2O2 accumulation in chloroplasts. These results highlight the involvement of different cellular compartments in PCD. The CMSII reaction to harpin involves different responses localized to the mitochondrial level and sub cellular levels (more cytosolic antioxidative transcripts, less nuclei fragmentation) but cannot in fine counteract the HR.