Impact de Plasmopaca viticola sur le métabolisme de l'amidon et le fonctionnement stomatique chez la vigne

Impact of Plasmopara viticola on starch metabolism and stomachal functions in grapevine leaves

• Auteur / Autrice : Magdalena Gamm
• Direction : Marielle Adrian, Marie-Claire Héloir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 03/11/2011
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon ; ....-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plante, Microbe, Environnement (Dijon) - Plante - microbe - environnement : biochimie, biologie cellulaire et écologie
• Jury : Président / Présidente : Pierre Coutos-Thevenot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Leborgne-Castel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Clément, Alain Vavasseur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stomates

Bêta-fructofuranosidase

Vigne

Plasmopara viticola

Mots clés libres

Plasmopara viticola

Vitis vinifera

Amidon

Sucres

Invertase

Stomates

Fluides apoplastiques

Plasmopara viticola

Vitis vinifera

Starch

Sugars

Invertase

Stomata

Apoplastic fluids

Résumé

Le mildiou est une maladie de la vigne affectant les feuilles et les baies et pouvant entraîner des diminutions importantes de la quantité et de la qualité de la vendange. L'agent responsable, Plasmopara viticola, un oomycète biotrophe obligatoire, provoque différentes altérations physiologiques au niveau de la feuille infectée. D'une part, il y a des accumulations anormales d'amidon au niveau des taches d'huile, symptômes caractéristiques de la maladie. D'autre part, l'infection induit une dérégulation des mouvements stomatiques. Les stomates, ouvertures naturelles permettant les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère, restent anormalement ouverts de nuit et ne se ferment plus en réponse à un stress hydrique ou à un traitement à l'ABA. Les deux parties de cette thèse avaient pour objectif de i) expliquer l'origine et le mécanisme de l'accumulation d'amidon et ii) isoler et identifier le facteur responsable de la dérégulation stomatique. Les modifications du métabolisme de l'amidon au niveau des feuilles infectées ont d'abord été étudiées à l'aide d'une analyse transcriptomique afin d'identifier les gènes codant pour des enzymes impliquées dans ce métabolisme dont l'expression était affectée. Après validation de deux gènes de référence, une étude par qRT-PCR a permis de vérifier les changements d'expression de certains de ces gènes au cours de la cinétique de l'infection, puis les activités des enzymes correspondantes ont été déterminées. Ces approches, complétées par des dosages de l'amidon et des sucres solubles ainsi que la mesure de l'activité photosynthétique, ont permis de corréler différents événements avec l'infection. D'après nos résultats, l'accumulation de l'amidon dans les taches d'huile pourrait résulter d'une augmentation de sa synthèse liée à l'augmentation de l'activité AGPase, combinée à une diminution de sa dégradation par modification de l'activité des amylases. Une diminution de la photosynthèse et une augmentation de l'activité invertase traduisent une transition source-puits au niveau des taches d'huile. La deuxième partie de la thèse a porté sur la recherche d'une molécule soluble d'origine végétale ou pathogène, secrétée dans l'apoplasme au cours de l'infection et responsable du dysfonctionnement stomatique. Sur « épidermes isolés », les fluides apoplastiques extraits de feuilles infectées induisent une ouverture stomatique à l'obscurité et contrecarrent la fermeture induite par l'ABA à la lumière, mimant ainsi la dérégulation observée sur feuille entière. Le composé actif serait une protéine assez stable, de taille >50 kDa et modifiée post-traductionellement par une glycosylation essentielle à son activité sur l'ouverture stomatique. Après séparation par chromatographie d'exclusion des fluides apoplastiques de feuilles infectées, deux fractions ont été retenues : une présentant une forte activité sur l'ouverture stomatique, et une seconde sans activité. Neuf protéines de vigne ont été identi fiées spécifiquement dans la fraction active après une analyse comparative de ces deux échantillons par spectrométrie de masse. Des expérimentations supplémentaires seront nécessaires pour purifier et identifier la protéine recherchée.

The grapevine downy mildew affects leaves and young berries and can affect the harvest quality and quantity. The causal agent is the obligate biotroph oomycete Plasmopara viticola that induces severe physiological alterations in infected leaves. One is the abnormal accumulation of starch in oil spots, the characteristic symptoms of the disease. Another is a deregulation of stomatal movements. Stomata, natural openings on the leaf surface allowing gas exchanges between the plant and the atmosphere, stay abnormally open during the night and do no longer close upon water stress or ABA treatment in infected leaves. This thesis is divided into two chapters that aim to i) explain the origin and mechanism of the abnormal starch accumulation and ii) isolate and identify the compound responsible for the stomatal deregulation. The modifications of starch metabolism in infected leaves were first studied by transcriptomic analysis allowing to identify transcriptional modifications of genes involved in starch metabolism. After the validation of two reference genes, a qRT-PCR analysis was performed in order to verify the expression alterations of some of these genes and the corresponding enzymatic activities were measured. The quantification of soluble sugars and starch, and the measurement of photosynthetic activity were included in the analysis and their alterations could be correlated with the infection. Altogether, the obtained results hint towards an increase of starch synthesis via an increase in AGPase activity, that, combined with a decrease of its degradation by modification of amylase activities, could be responsible for the observed starch accumulation in oil spots. Concurrently, a source-sink transition is apparent in infected leaves by decrease of photosynthetic activity and increase of a cell wall invertase activity. The second part of this thesis dealt with a soluble molecule of plant or pathogen origin that is secreted into the apoplast during infection and could be responsible for the stomatal deregulation. The apoplastic wash fluids from infected leaves increase tha stomatal aperture in the dark in grapevine epidermal peels and counteract the ABA-induced stomatal closure, thus mimicking the deregulation observed on whole leaves. The active compound seems to be a stable protein of > 50kDa with a glycosylation that is essentiel for its activity. After separation of the fluids by size exclusion chromatography, two fractions were compared : one active on stomatal aperture and an inactive one. 9 grapevine proteins could be identified in the active sample by mass spectrometry analysis, but further analyses are needed to purify and identify the one responsible for the stomatal deregulation.