Nous avons étudié le potentiel du système SELDI TOF MS (de l'anglais: surface-enhanced laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry) pour la détection des effets de l'éliciteur chimique benzothiadiazole (BTH) sur le patron polypeptidique foliaire de plantes de tomate traités a posteriori avec un éliciteur antagoniste, le jasmonate de méthyle (MeJA). Les polypeptides et protéines foliaires de plantes témoins et traitées ont été extraits à différents moments pendant sept jours (168 h) afin de générer des empreintes polypeptidiques différentielles par SELDI TOF MS, avec pour buts (i) de mesurer l'impact relatif du BTH sur le profil des polypeptides et des protéines de faible masse moléculaire dans les feuilles, et (ii) de déterminer l'importance relative des effets possibles du MeJA sur l'effet du BTH. Sur un total d'environ 150 polypeptides et protéines détectés sur les spectres de masse dans l'intervalle m/z [1,000-20,000], 18 étaient sur- ou sous-exprimés 24 ou 48 h après traitement au BTH. De ces polypeptides, 13 (i.e. -70%) ont montré ensuite des niveaux d'accumulation altérés dans les feuilles traitées au MeJA, alors que seulement deux sont demeurés non affectés par le second éliciteur. Des effets spécifiques au BTH ou au MeJA, des effets positifs et des effets antagonistes ont été observés au cours de l'expérience, en accord avec des études récentes suggérant l'établissement d'interactions complexes aussi bien positives que négatives entre les sentiers de défense du salicylate et du jasmonate chez les plantes. Ces observations suggèrent, dans l'ensemble, le potentiel de la technologie SELDI pour la détection de réponses de défense conflictuelles et coopératives chez les plantes et le suivi temporel des effets de composés éliciteurs variés comme le BTH ou l'acide jasmonique.

Les plantes ne pouvant pas se déplacer sont continuellement soumises aux stress environnementaux. La blessure, l’un des stress les plus fréquents auxquels la plante est soumise, peut causer d’important dégâts et faciliter l’entrée de pathogène dans les tissus de la plante. Pour répondre efficacement à la blessure, la plante a développé des mécanismes lui permettant de guérir ses tissus endommagés et d’empêcher l’infection pathogène. Les stress environnementaux sont perçus grâce à la présence de récepteurs spécifiques activant des voies de signalisation qui, à terme, conduisent à la mise en place de réponses de défense. Les modules de MAPK, composés de 3 kinases (MAP3K, MAP2K et MAPK) activées en cascades, représentent d’importantes voies de signalisation impliquées en réponse à divers stress biotiques et abiotiques. Grâce aux approches de tests de phosphorylation in vitro très maîtrisées dans le groupe « Stress signaling », j’ai pu identifier un module MAPK impliquant la MAP2K MKK3 et les MAPKs du groupe C (MPK1, 2, 7 et 14) activé par la blessure. Les MAP3Ks du sous-clade III (MAP3K13 à 20) sont transcriptionnellement induites par divers stress ce qui semble être un mécanisme assez conservé. Certains membres du sous-clade III sont induits par la blessure et parmi eux la MAP3K14 semble avoir un rôle majeur en amont du module MKK3/MPK1-2-7-14. Enfin, j’ai pu montrer que l’acide jasmonique (JA), une phytohormone importante produite en réponse à la blessure, tient un rôle important en amont du module. Ce-dernier est également activé en réponse à l’insecte herbivore Spodoptera littoralis et au champignon nécrotrophe Botrytis cinerea. Dans le contexte de blessure par l’insecte herbivore, MKK3 semble réguler la production de deux phytohormones, le JA et l’Acide Salicylique (SA). / Plants are sessile organisms. They have to cope continuously with environmental stresses. Injury, one of the most frequent stress conditions that plants must face may cause harsh damages to the plant tissues and facilitate the entry of pathogens. Therefore, plants have evolved mechanisms to respond efficiently to wounding by healing damaged tissues and preventing further pathogen infection. Wounding is a complex stress which is perceived by specific receptors which activate signaling pathways leading to those responses. Mitogen-Activated Protein Kinases modules are composed of 3 kinases (MAP3K, MAP2K and MAPK) activated in cascade and represent important signaling pathways involved in response to various biotic and abiotic stresses as well as in developmental processes. During my Ph.D I identified a MAPK module activated 30 minutes after wounding and involving the MAP2K MKK3 acting upstream of C-group MAPKs MPK1-2-7-14. In the past, the laboratory has shown that this module is dependent on the transcriptional regulation of sub-clade III MAP3Ks (MAP3K13 to 20). Some were found induced by wounding and among them MAP3K14 seems to have an important role upstream MKK3/C-group MAPKs. Finally I was able to show that Jasmonic Acid (JA), a major phytohormone produced upon wounding and involved in the mediation of defense responses, was shown to have an important role upstream the MKK3/C-group MAPKs module. The module is also activated by the herbivore Spodoptera littoralis and the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. Upon insect feeding, MKK3 negatively regulates JA and SA levels. My work helped to better understand stress signaling events occurring upon wounding.

Les bactéries rhizosphériques stimulatrices de croissance (PGPR) du genre Azospirillum sont utilisées commercialement pour leur capacité à stimuler la croissance et à augmenter le rendement des céréales via une relation associative complexe et peu comprise. L'objectif de cette étude a été d'utiliser les outils modernes de la métabolomique pour caractériser les mécanismes biochimiques activés par la souche A. lipoferum CRT1 chez son hôte, le maïs.L'analyse des contenus phytochimiques des racines, feuilles et sève ascendante a suggéré pour la première fois l'importance de la communication racine-feuille et des sucres simples dans l’augmentation de croissance et du potentiel de conversion photochimique de jeunes plantules par A. lipoferum CRT1. Une analyse transcriptomique a révélé un impact modéré au niveau des racines et des modifications de nombreux nœuds régulateurs des processus biologiques cellulaires des feuilles, dont ceux contrôlés par les auxines et l’acide abscissique. Des essais agronomiques conduits deux années consécutives sur quatre sites ont indiqué que l'augmentation de rendement par A. lipoferum CRT1 dérivait d’une sécurisation de la germination lors de stress environnementaux précoces et non de modifications des métabolomes (dont ceux liés à la nutrition azotée et phosphorée), de la croissance et du potentiel photosynthétique des plantules, des modifications qui étaient par contre liées aux contextes pédo-climatiques. La sécurisation de la germination était due à une accélération de la sortie de la radicule et de la consommation des sucres simples, et molécules apparentées, de la graine / Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) of the genus Azospirillum are used commercially for their capacity to stimulate the growth and enhance the yield of cereal crops via an intricate, complex and poorly understood associative relationship. The aim of this study was to use modern metabolomics tools to decipher the biochemical mechanisms activated by A. lipoferum CRT1 in its maize host.The analysis of the phytochemical contents of roots, leaves and ascending sap revealed for the first time the importance of root-to-shoot communication and of simple sugars in the enhancement of growth and photochemical conversion potential of young plantlets by A. lipoferum CRT1. A transcriptomic analysis showed moderate impact on roots and a coordinate modulation of several regulatory nodes of cellular biological processes, including some mediated by auxins and abscissic acid. Agronomic field trials conducted two consecutive years in four sites correlated yield enhancement by A. lipoferum CRT1 to the securing of seed germination during environmental stresses. No correlation was found with modifications of plantlets metabolomes (including those linked to nitrogen and phosphorus nutrition), growth and photochemical conversion potential which were found to depend on additional soil and climate cues. Germination securing was due to a speeding of radicule emergence and of seed simple sugars consumption

Le H2O2 est reconnu comme un signal dans l’activation des mécanismes de défense en réponse à divers stress, et son accumulation est donc régulée étroitement par le système antioxydant des plantes. Puisque la signalisation par le H2O2 peut être transmise par des processus thiol-dépendants, le statut du glutathion pourrait jouer un rôle important. Le rôle de ce composé en tant que molécule antioxydante est bien établi; cependant, son importance en tant que signal reste à élucider. Afin d’étudier cette question, ce travail a utilisé un mutant, cat2, ayant un défaut dans son métabolisme du H2O2 peroxysomal qui engendre, d’une manière conditionnelle, une oxydation et une accumulation du glutathion. Les modifications du glutathion dans cat2 sont accompagnées par l’activation à la fois de réponses dépendantes de l’acide salicylique (SA) ainsi que l’expression de gènes associés à l’acide jasmonique (JA). L’activation des deux voies phytohormonales par le stress oxydant intracellulaire est largement empêchée en bloquant génétiquement l’accumulation du glutathion dans un double mutant, cat2 cad2, qui porte une mutation additionnelle dans la voie de synthèse du glutathion. Les phénotypes contrastants de cat2 cad2 et cat2 gr1, dans lequel la perte de l’activité GR1 aggrave le stress oxydant, suggèrent que des processus glutathion-dépendants relient le H2O2 et l’activation des réponses de pathogenèse SA-dépendantes par un effet qui est additionnel aux fonctions antioxydantes du glutathion. Des comparaisons directes de cat2 cad2 et cat2 npr1 indiquent que les effets de bloquer l’accumulation du glutathion sur l’induction des voies SA et JA chez cat2 ne sont pas causés par une déficience dans la fonction de la NPR1. L’autophagie a été impliquée dans des processus comme la sénescence, et interagirait à la fois avec le stress oxydant et avec la signalisation par le SA. Afin d’explorer des relations entre autophagie et stress oxydant, des mutants atg ont été sélectionnés et croisés avec le cat2. Des analyses phénotypiques ont révélé que l’étendue de lésions SA-dépendantes observée chez cat2 cultivé en jours longs est similaire chez trois double mutants cat2 atg, alors que l’augmentation de la disponibilité en H2O2 peroxysomal liée à la mutation cat2 retarde la sénescence précoce observée chez les mutants atg. Dans son ensemble, le travail suggère que (1) des nouvelles fonctions glutathion-dépendantes sont importantes pour relier la disponibilité en H2O2 intracellulaire et activation des voies de signalisation SA et JA, et (2) que le H2O2 produit par la photorespiration pourrait jouer un rôle antagoniste dans les phénotypes de sénescence précoce observée chez les mutants atg. / H2O2 is a recognized signal in activation of defence mechanisms in response to various stresses, and its accumulation is thus tightly controlled by plant antioxidant systems. Because H2O2 signals may be transmitted by thiol-dependent processes, glutathione status could play an important role. While the antioxidant role of this compound is long established, the importance of glutathione in signaling remains unclear. To study this question, this work exploited a stress mimic mutant, cat2, which has a defect in metabolism of peroxisomal H2O2 that conditionally leads to oxidation and accumulation of glutathione. In cat2, changes in glutathione are accompanied by activation of both salicylic acid (SA)-dependent responses and jasmonic acid (JA)-associated genes in a time-dependent manner. This up-regulation of both phytohormone signaling pathway by intracellular oxidative stress can be largely prevented by genetically blocking glutathione accumulation in a double mutant, cat2 cad2, that additionally carries a mutation in the pathway of glutathione synthesis. Contrasting phenotypes between cat2 cad2 and cat2 gr1, in which loss of GR1 activity exacerbates oxidative stress, suggest that glutathione-dependent processes couple H2O2 to activation of SA-dependent pathogenesis responses through an effect that is additional to glutathione antioxidant functions. Direct comparison of cat2 cad2 and cat2 npr1 double mutants suggests that the effects of blocking glutathione accumulation on cat2-triggered up-regulation of both SA and JA pathways are not mediated by defective NPR1 function. Autophagy has been implicated in processes such as senescence, and may interact with oxidative stress and SA signaling. To explore relationships between autophagy and oxidative stress, selected atg mutants were crossed with cat2. Phenotypic analysis revealed that SA-dependent lesion spread observed in cat2 grown in long days is similar in three cat2 atg double mutants, whereas increased peroxisomal H2O2 availability in cat2 delays an oxidative stress related-senescence triggered by atg in short days. Overall, the work suggests that (1) novel glutathione-dependent functions are important to couple intracellular H2O2 availability to the activation of both SA and JA signaling pathways and (2) H2O2 produced through photorespiration may play an antagonistic role in the early senescence phenotype observed in atg mutants.