Stage:77

From Master 2 Recherche Biosciences Végétales

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Les transporteurs TonB-dépendants : protéines anti-PAMP ?

Laboratoire d'accueil : LIPM
Equipe d'accueil : Matthieu Arlat
Encadrant(e)(s) : Emmanuelle Lauber, 05 61 28 50 47, elauber@toulouse.inra.fr

Sujet :
Au cours des interactions plantes-pathogènes, plusieurs niveaux de réactions de défense sont mis en place par les plantes en réponse à différents types de molécules issues des pathogènes. Cette succession d’attaques et de défenses (ou course à l’armement), décrite par le modèle en zig-zag (Jones and Dangl, 2006), est issue d’une coévolution entre les plantes et les pathogènes. La première étape fait intervenir des molécules présentes le plus souvent à la surface des micro-organismes appelées PAMP pour pathogen-associated molecular pattern, qui sont reconnues par des récepteurs végétaux appelés PRR pour pattern recognition receptor. Cette reconnaissance induit les réactions de défenses basales à large spectre appelées PTI pour PAMP-triggered immunity (Zipfel and Robatzek, 2010). Les niveaux suivants du dialogue plante-pathogène font intervenir les effecteurs de type III (ou ET3), injectés par les micro-organismes dans les cellules végétales, et les protéines de résistance produites par les plantes pour contourner l’effet des ET3 et conduisant à la mise en place des défenses spécifiques.
Les PAMP sont des molécules très conservées que l’on retrouve chez les virus, les bactéries, les champignons et les oomycètes, et souvent essentielles à leur aptitude parasitaire, leur survie ou leur pathogénie. Afin de limiter leur perception par l’hôte, certains micro-organismes ont modifié leurs PAMP. C’est notamment le cas du peptide FLS2 de Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), dont le polymorphisme est corrélé avec la capacité des souches à croître sur des plantes sensibles (Sun et al., 2006). Une seconde stratégie mise en évidence chez le champignon pathogène Cladosporium fulvum, consiste à produire une protéine (l’effecteur Ecp6) qui va masquer les PAMP (les chito-oligosaccharides) en s’y fixant (de Jonge et al., 2010). Une autre stratégie permettant de limiter sa perception par la plante serait que le micro-organisme capture les PAMP.
Chez Xcc, les transporteurs de la membrane externe appartenant à la famille des transporteurs TonB-dépendants (TBDT) sont sur-représentés (Blanvillain et al., 2007). Ces protéines sont responsables du transport actif et sélectif à haute affinité de molécules de haut poids moléculaire et peuvent donc assurer l’apport en nutriments lorsque ceux-ci sont présents à l’état de trace (Blanvillain et al., 2007). Chez Xcc, nous avons identifié 4 TBDT dont l’expression est induite en présence de N-acétylglucosamine (GlcNAc) (Boulanger et al., 2010). Les expériences réalisées dans l’équipe montrent que ces TBDT sont impliqués dans l’import de molécules complexes contenant de GlcNAc au cours de l’infection. Ces molécules peuvent être d’origine végétale, (N-glycanes des protéines N-glycosylées), d’origine bactérienne (produits de dégradation du peptidoglycane), ou provenir de champignons ou d’insectes présents à la surface ou dans les tissus de la plante (produits de dégradation de la chitine). Ces deux derniers composés contenant du GlcNAc sont connus pour éliciter la PTI (Erbs et al., 2008 ; Shibuya and Minami, 2001 ; Reese et al., 2007). La capture active de ces PAMP par Xcc pourrait limiter la perception du pathogène par la plante. Notre hypothèse de travail propose donc que ces TBDT, outre leur rôle dans l’apport de nutriments pour la bactérie, seraient des protéines anti-PAMP.
L’objectif du projet est de valider cette hypothèse en suivant la mise en place des réactions de défense chez la plante hôte Arabidopsis thaliana écotype Sf-2 telles que la production de phytoalexines, la synthèse des protéines PR (pathogenesis related) ou le dépôt de callose, en réponse à l’infiltration dans les feuilles de PAMP préalablement incubés en présence de la souche sauvage de Xcc, de la souche délétée des 4 TBDT. En parallèle, le pouvoir pathogène des souches sauvage et mutantes de Xcc sera analysé chez des mutants de plante dans les récepteurs de la chitine.

Techniques : Microbiologie, biologie moléculaire, pathologie végétale.

Références :
? Blanvillain S., Meyer D., Boulanger A., Lautier M., Guynet C., Denancé N., Vasse J., Lauber E., and Arlat M. Plant Carbohydrate Scavenging through TonB-Dependent Receptors: a Feature Shared by Phytopathogenic and Aquatic Bacteria. 2007. PLoS ONE, 2(2): e224. doi:10.1371/journal.pone.0000224.
? Boulanger A., Déjean G., Lautier M., Glories M., Zischek C., Arlat M. and Lauber E. Identification and regulation of the N-acetylglucosamine utilization pathway of the plant pathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. campestris. 2010. J. Bacteriol., 192, 1487-97.
? de Jonge R, van Esse HP, Kombrink A, Shinya T, Desaki Y, Bours R, van der Krol S, Shibuya N, Joosten MH, Thomma BP. Conserved fungal LysM effector Ecp6 prevents chitin-triggered immunity in plants. Science. 2010, 20; 329: 953-5.
? Erbs G, Silipo A, Aslam S, De Castro C, Liparoti V, Flagiello A, Pucci P, Lanzetta R, Parrilli M, Molinaro A, Newman MA, Cooper RM. Peptidoglycan and muropeptides from pathogens Agrobacterium and Xanthomonas elicit plant innate immunity: structure and activity. Chem Biol. 2008;15(5):438-48.
? Jones JD, Dangl JL. The plant immune system. Nature. 2006; 444: 323-9.
? Reese TA, Liang HE, Tager AM, Luster AD, Van Rooijen N, Voehringer D, Locksley RM. Chitin induces accumulation in tissue of innate immune cells associated with allergy. Nature. 2007;447:92–96.
? Shibuya N, Minami E. Oligosaccharide signalling for defense responses in plant. Physiol. Mol. Plant Pathol. 2001;59:223–233.
? Sun W, Dunning FM, Pfund C, Weingarten R, Bent AF. Within-species flagellin polymorphism in Xanthomonas campestris pv campestris and its impact on elicitation of Arabidopsis FLAGELLIN SENSING2-dependent defenses. Plant Cell. 2006; 18(3):764-79.
? Zipfel C, Robatzek S. Pathogen-associated molecular pattern-triggered immunity: veni, vidi...? Plant Physiol. 2010 Oct;154(2):551-4.