La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n'induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d'azote (NO), la production d'H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l'expression de gènes de défense. Seules la production d'H2O2 et l'expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d'H2O2 en réponse à l'infection par l'oomycète Plasmopara viticola. L'utilisation d'un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d'H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d'H2O2 dépendante d'une NADPH oxydase contribue à l'établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d'appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d'Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l'ordre de 20 % par rapport à l'écotype sauvage. Nous avons tout d'abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d'une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d'abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l'état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d'ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d'H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d'H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l'oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l'infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées.

Ce travail s’inscrit dans l’étude de l’incidence de sidérophores sur la physiologie de la plante. Il décrit plus précisément, à l’échelle phénotypique et moléculaire, l’impact de la pyoverdine produite par la souche bactérienne bénéfique Pseudomonas fluorescens C7R12 sur la croissance, la réponse immunitaire et l’homéostasie du fer chez Arabidopsis thaliana. Le lien fonctionnel entre immunité et homéostasie du fer a été abordé de façon plus spécifique via l’analyse du mode d’action de l’acide β-aminobutyrique (BABA), un potentialisateur des réponses de défense de la plante. En conditions de fer limitantes, afin de pourvoir à la carence, Pseudomonas fluorescens libère la pyoverdine dans le sol sous sa forme non chélatée (apo-pyo). Le complexe fer-pyoverdine (ferri-pyo) est ensuite internalisé par la bactérie. Nous avons vérifié que l’apo-pyo est assimilée par des plantes d’A. thaliana cultivées dans un milieu contenant ou non du fer. De façon remarquable, l’apo-pyo restaure le phénotype de croissance des plantes carencées en fer. Une analyse transcriptomique a révélé que chez ces dernières, l’apo-pyo induit fortement l’expression de gènes associés à la croissance, l’import et la redistribution du fer in planta. En revanche, une répression de l’expression de gènes de défense s’opère. De façon concordante, l’effet promoteur de croissance de l’apo-pyo chez les plantes carencées est strictement dépendant de l’expression des gènes IRT1 et FRO2 codant deux protéines majeures de l’import de fer. De plus, une moindre résistance de ces plantes à Botrytis cinerea a été relevée. L’incidence négative de l’apo-pyo sur les défenses s’accompagne d’une surexpression du facteur de transcription HBI1 jouant un rôle clé dans la régulation de la balance croissance/défense. L’ensemble de ces événements n’a pas été observé chez les plantes cultivées dans un milieu enrichi en fer, démontrant que les effets de l’apo-pyo chez A. thaliana sont conditionnés par le statut en fer de la plante. En parallèle, l’étude du mode d’action du BABA a indiqué que ce potentialisateur de l’immunité est un chélateur très efficace du fer. En conséquence, appliqué à des plantes d’A. thaliana, le BABA déclenche une carence en fer transitoire. Nous avons émis l’hypothèse que cette carence pourrait constituer un signal plaçant la plante en veille défensive. En accord avec cette assomption, les plantes carencées en fer présentent une résistance accrue à B. cinerea et produisent des métabolites secondaires associés aux défenses dont l’accumulation est également induite par le BABA. Ainsi, la carence en fer transitoire occasionnée par le BABA pourrait constituer l’une des composantes de son effet potentialisateur sur l’immunité. En conclusion, ce travail apporte des premiers éléments explicatifs quant à l’incidence de la pyoverdine sur des traits physiologiques de la plante et rapporte un mode d’action orignal du BABA. Plus généralement, il renforce le concept encore naissant de l’existence de régulations croisées entre les voies de signalisation associées à la croissance, l’immunité et l’homéostasie du fer chez les plantes. / Siderophores are strong iron chelators produced by bacteria under iron deficiency conditions. In the present work, we studied the impact of the siderophore pyoverdine, produced by the plant growth promoting rhizobacteria Pseudomonas fluorescens C7R12, on plant physiology from phenotypic to molecular effects with a specific focus on plant growth, immune response and iron homeostasis. Based on our analysis of the mode of action of the non-protein amino acid β-aminobutyric acid (BABA), a priming inducer in plants, we studied more specifically the functional link between iron homeostasis and plant immunity. Under iron deficiency, P. fluorescens excretes the iron free form of pyoverdine (apo-pyo) in the soil. Once chelated with iron (ferri-pyo), the complex is internalized by the bacteria. We demonstrated that Arabidopsis thaliana plants treated by apo-pyo in a medium containing or not iron (Fe 25 or Fe 0) also internalize pyoverdine. Moreover, we observed that under iron deficiency, pyoverdine treated plants did not display the growth reduction induced by iron deficiency. In accordance with this phenotype, a microarray analysis revealed that the expression of genes related to growth and development was induced, as well as genes related to iron uptake and transport in planta. In contrast, the down regulation of the expression of genes related to defense was observed. Correspondingly, we demonstrated that the growth improvement induced by apo-pyo under iron deficiency depends on the expression of IRT1 and FRO2, two major genes involved in iron uptake mechanisms. Of interest, the resistance to Botrytis cinerea conferred by iron deficiency was lost following apo-pyo treatment. The overexpression of the HBI1 transcription factor, known to be involved in the growth-defense tradeoff, can be linked to the above observations. These apo-pyo effects were not observed after treatment of plants under sufficient iron conditions, indicating that in A. thaliana apo-pyo effects are dependent on the plant iron status. In the same time, the analysis of the mode of action of BABA that potentiates plant defense responses demonstrated that BABA is a powerful iron chelator. BABA treatment in A. thaliana triggered a transient iron deficiency response. Based on this assessment, we assume that iron deficiency response and priming of defense may be connected. In accordance with this hypothesis, we showed that plants cultivated under iron deficiency and BABA treated plants both displayed resistance to B. cinerea and produced secondary metabolites associated to defense. Hence, the BABA priming effects on plant defense may be due to the induction of transient iron deficiency. To conclude, this work draws first explications on pyoverdine effects on plant physiology and presents an original mode of action contributing to the priming effects of BABA. In a larger view, this work supports the recent concept of the existence of a cross-regulation between growth, immunity and iron homeostasis in plants.

La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n’induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d’azote (NO), la production d’H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l’expression de gènes de défense. Seules la production d’H2O2 et l’expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d’H2O2 en réponse à l’infection par l’oomycète Plasmopara viticola. L’utilisation d’un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d’H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d’H2O2 dépendante d’une NADPH oxydase contribue à l’établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d’appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d’Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l’ordre de 20 % par rapport à l’écotype sauvage. Nous avons tout d’abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d’une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d’abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l’état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d’ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d’H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d’H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l’oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l’infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées. / Alternative strategies are required to reduce pesticide input into the environment for effective and sustainable plant protection. One solution is the activation of plant basal resistance that relies on the application of resistance inducer molecules. In the first part of this study, we analyzed the mode of action of β-aminobutyric acid (BABA), a non-protein amino acid, in the grapevine induced resistance. BABA confers a physiological state, called priming, during which plants are able to mobilize better and/or more rapidly defense responses to biotic or abiotic stress. Unlike oligogalacturonides (OG), we showed that BABA did not induce early signaling events in grapevine cells such as variations of cytosolic free calcium concentration, H2O2 and nitric oxide production, MAPkinase phosphorylation, nor the expression of defense-related genes. Among them, only H2O2 production and the expression of RbohD gene, which encodes a NADPH oxidase, are primed by BABA in OG-treated cells. Moreover, BABA-treated plants display a stronger accumulation of H2O2 in response to the oomycete Plasmopara viticola. Application of an NADPH oxidase inhibitor completely abolishes this H2O2 production and leads to a reduction of BABA-induced resistance against P. viticola. These data suggest that the priming of an NADPH oxidase-dependent H2O2 production contributes to BABA-induced resistance in grapevine. The second part consisted to analyze molecular events involved in plant resistance by using the pad2 (phytoalexin deficient) mutant of Arabidopsis thaliana which is susceptible to a broad range of pathogens. We showed that the glutathione depletion depends on the low amount of glutamate-cysteine ligase protein, the first enzyme involved in its biosynthesis. We studied molecular events, which are involved in defense mechanisms, to understand the impact of the glutathione content on pad2 susceptibility. Our results show that the redox state of glutathione is more oxidized in pad2 than in wild type Col-0. Since cellular redox state change is known to regulate gene expression, a basal transcriptome analysis has been performed in pad2 and wild type plants. Interestingly, most of the identified genes in pad2 are down-regulated, some of them encoding proteins involved in ion fluxes. As expected, the plasma membrane depolarization and events downstream like H2O2 and NO production are impaired in pad2 in response to OG. During infection with Phytophthora brassicae, the lack of H2O2 production is concomitant with an absence of the hypersensitive response, a localize cell death observed in the resistant wild type. After OG treatment or P. brassicae infection, microarray analysis brings out genes related to protein machinery including degradation in pad2. Taken together, these data suggest that the depletion of glutathione has an impact on protein turn-over which disturbs cell signaling events and related biological responses.