Responses of Nicotiana tabacum cells to microbial molecules: early signalling events, influence of membrane dynamics and sugar flux | Réponses des cellules de Nicotiana tabacum à des molécules microbiennes : évènements de signalisation précoce, influence de la dynamique membranaire et flux de sucres

Thèse de Doctorat de Sciences de la Vie

anglais. Responses of Nicotiana tabacum cells to microbial molecule treatments: early signaling events,influence of membrane dynamics, and sugar fluxesIn their natural environment plants are in close interaction with beneficial, neutral, or pathogenicmicrobes, which are highly dependent on carbon resources exuded by plant roots. Sugar transport, which isa key process of plant physiology, is essential to support the fate of plant-microbe interactions. Duringevolution, plants have acquired the ability to perceive microbial molecules, initiating specific signaltransduction cascades and leading to adapted response for microbe lifestyles (avirulent, virulent, or benefic).Plant survival will depend on the nature of the induced mechanisms. My PhD work, carried out on asimplified experimental system, contributes to the understanding of mechanisms underlying the determinismof plant-microbe interactions. We used Nicotiana tabacum cells in suspension exposed to microbialmolecules derived from mutualistic or avirulent microbes. Using such a simplified system, we analyzedelements of the early signaling cascade and sugar fluxes. We have shown that CO4, which is originating fromAMF, initiate early signaling components (rbohD-dependent H2O2, cytosolic Ca2+, MAPK activation) ascryptogein, a defense elicitor, but with distinct profile and amplitude. Those two molecules (CO4 andcryptogein) are responsible of different effects on sugar fluxes and the expression of the underlying sugartransporter genes. In addition, we presented an impact of the alteration of clathrin-mediated process on earlysignaling events triggered by cryptogein, as well as inward sugar fluxes and expression of sugar transportergenes. Finally, in silico analyses of sugar transporter interactome in Arabidopsis thaliana has provided somepossible regulation mechanisms through the identification of new candidate proteins involved in sugartransporter regulation. These information open new perspectives towards a better understanding of thecellular and molecular mechanisms involved in plant-microbe interactions.

français. Réponses des cellules de Nicotiana tabacum à des molécules microbiennes : évènements designalisation précoce, influence de la dynamique membranaire et flux de sucresDans son environnement la plante est confrontée à une variété de microorganismes bénéfiques,neutres et pathogènes, qui sont fortement dépendants des ressources carbonées qu’elle libère dans le sol. Letransport de sucres, processus clé de la physiologie de la plante, est essentiel pour les interactions plantesmicroorganismes et leur devenir. Au cours de l'évolution, les plantes ont acquis des mécanismes leurpermettant de percevoir les signaux microbiens du milieu extérieur, et aboutissant à la transduction d’unsignal spécifique puis à des réponses biologiques adaptées (défense versus mutualisme) à la stratégie dumicroorganisme. Ces réponses assurent la survie et le développement des plantes. Mes travaux de thèse,menés avec un système « d’interaction » simplifié, contribuent à une meilleure compréhension desmécanismes sous-jacents au déterminisme des interactions plantes-microorganismes. Ce système a permisd’étudier, sur des suspensions cellulaires de N. tabacum, les réponses cellulaires précoces déclenchées suiteà la perception de molécules microbiennes provenant de microorganismes à stratégie pathogène avirulent ouà stratégie mutualiste. Nous avons mesuré des évènements de signalisation et des flux de sucres induits enréponse à ces molécules microbiennes. Nos résultats ont mis en évidence que les chitotétrasaccharides (CO4),sécrétés par les champignons mycorhiziens à arbuscules dans les stades pré-symbiotiques de l’interaction,mobilisent les mêmes événements de signalisation précoce (H2O2 dépendant de la protéine rbohD, Ca2+cytosolique, activation de MAPK) que la cryptogéine, un éliciteur des réactions de défense ; mais avec desréponses différentes en terme d’intensité et de cinétique. Les CO4 et la cryptogéine ont par ailleurs montrédes impacts distincts sur les flux de sucres et l’expression de transporteurs impliqués. En complément nousavons montré un effet de la modification de la dynamique membranaire associée à la clathrine sur desévènements de signalisation déclenchés par la cryptogéine, ainsi que dans les flux entrants de sucres etl’expression de gènes de transporteurs de sucres. Enfin, l’analyse in silico de l’interactome de transporteursde sucres chez la plante modèle A. thaliana, nous a permis d’apporter des connaissances supplémentairesquant aux évènements de régulations des transporteurs de sucres et l’identification de protéines régulatricesputatives en interaction avec ces derniers. L’ensemble de ces travaux ouvrent la voie à de nouvellesrecherches visant à élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la mise en place desinteractions entre plantes et microorganismes.