Following pathogen recognition, nitric oxide (NO) is rapidly produced in plants, this small molecule has emerged as a key signal in plant defence responses. S-nitrosylation is the major route of NO signal transduction in plants, a redox-based modification by addition of an NO moiety on cysteine thiol to form an S-nitrosothiol (SNO). S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR) regulates cellular levels of S-nitrosylation and displays a key role in regulating the plant defence response. In this context, NO is important to orchestrate both defence gene expression and the hypersensitive response (HR) during attempted microbial infection. However, how the plant immune system recognizes NO and how NO level could elicit plant defence responses are poorly understood. The Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) mutant NO overproducing 1 (nox1) was employed to characterize how NO level elicits defence dynamics. In response to microbial infection, resistance (R) gene-mediated defence and basal resistance were found to be compromised in the nox1 mutant relative to wild type Col-0 plants. Interestingly, nox1 mutant exhibit similar levels of HR and pathogen susceptibility to the GSNOR loss-of-function mutant atgsnor1-3. This phenomenon suggests that NO might regulate defence responses via GSNOR-mediated S-nitrosylation. Therefore, the nox1 atgsnor1-3 double mutant was generated and characterized to clarify this hypothesis. Accelerated HR and increased pathogen susceptibility are shown in the double mutant, which implies that increased NO mediated by nox1 and elevated SNOs resulting from atgsnor1-3, are additive with respect to the plant defence response. To identify genes responsible for NO perception, forward genetic screens were developed to identify Arabidopsis mutants with abnormal NO recognition. NO marker genes for genetic screens were identified from both lab and open source microarray data. Two genes, At3g28740 and At1g76600 were selected and experimentally confirmed to be strongly induced by NO. Transgenic Arabidopsis plants were generated carrying a NO reporter cassette, which consist of a luciferase reporter gene (LUC) driven by the promoter of NO marker gene. This forward genetic approach might be a powerful tool to identify genes integral to NO signal transduction. Three C2H2 zinc finger transcription factors (ZnTFs) ZAT7, ZAT8 and ZAT12 were identified as being rapidly and strongly induced by NO donors, which could be modulators of redox/NO-dependent signalling pathway. T-DNA insertion mutants within these ZnTFs have been identified. Basal resistance against Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000 is compromised in all single knockout lines. Therefore, the full characterisation of defence phenotype of these mutants would be necessary to explore the role of these TFs in the plant defence. Furthermore, zat8 mutant is more sensitive to nitrosative stress when compared to wild type Col-0. This suggests that ZAT8 may be involved in protecting plants against nitrosative stress. However, the molecular mechanisms that underpin this function remain to be determined. In conclusion, NO and SNOs might regulate plant disease resistance via distinct pathways. Our work has also established NO-reporter lines to identify genes responsible for NO perception. In addition, three NO-induced ZnTFs have been identified that participate in regulation of basal resistance, which might unveil aspects of NO signalling related to the regulation of transcription.

SUMMARY PtaRHE1 is a poplar (Populus tremula x P. alba) gene encoding a REALLY INTERESTING NEW GENE (RING) domain-containing protein. RING proteins are largely represented in plants and play important roles in the regulation of many developmental processes as well as in plant-environment interactions. In this thesis, we present a functional characterization of PtaRHE1. To gain further insight into the role of this gene, molecular and genetic alteration approaches were used. The results of in vitro ubiquitination assays indicate that PtaRHE1 protein is a functional E3 ligase and this activity was shown to be specific with the human UbCH5a, among the tested ubiquitin-conjugating enzymes. Histochemical GUS stainings showed that the PtaRHE1 promoter is induced by plant pathogens and by elicitors such as salicylic acid and cellulase and is also developmentally regulated. In silico predictions and the transient expression of PtaRHE1-GFP fusion protein in N. tabacum epidermal cells revealed that PtaRHE1 is localized both in the plasma membrane and in the nucleus. The localization of expression of PtaRHE1 in poplar stem by in situ hybridization indicated that PtaRHE1 transcripts are localized within the cambial zone mainly in ray cells, suggesting a role of this gene in vascular tissue development and/or functioning. The overexpression of PtaRHE1 in tobacco resulted in a pleiotropic phenotype characterized by a curling of leaves, the formation of necrotic lesions on leaf blades, growth retardation as well as a delay in flower transition. Plant genes expression responses to PtaRHE1 overexpression provided evidence for the up-regulation of defence and/or programmed cell death (PCD) related genes. Moreover, genes coding for WRKY transcription factors as well as for MAPK, such as WIPK, were also found to be induced in the transgenic lines as compared to the wild type (WT). Taken together, our results suggest that the E3 ligase PtaRHE1 plays a role in the signal transduction pathways leading to defence responses against biotic and abiotic stresses. Identification of PtaRHE1 target(s) is required in order to fully assess the role of this E3 ligase in the ubiquitination-mediated regulation of defence response./ RÉSUMÉ PtaRHE1 est un gène qui code pour une protéine possédant un domaine RING (REALLY INTERESTING NEW GENE) chez le peuplier (Populus tremula x P. alba). Les protéines de type RING sont très répandues chez les végétaux où elles jouent de rôles importants dans la régulation de plusieurs processus de développement et également dans les interactions plantes-environnement. Dans le cadre de ce travail, nous avons procédé à la caractérisation fonctionnelle du gène PtaRHE1. Dans le but de découvrir la fonction de ce gène, nous avons adopté une stratégie faisant usage d’approches moléculaires ainsi que de l’altération de l’expression génique. Les résultats obtenus montrent que la protéine PtaRHE1 est une E3 ligase et que cette activité enzymatique est spécifique à l’Ubiquitin-Conjugating enzym humaine UbCH5a. Les résultats du test histochimique GUS ont montré que le promoteur du gène PtaRHE1 est induit par des pathogènes et aussi par l’acide salicylique et la cellulase. Par ailleurs, ce promoteur est aussi régulé au cours du développement végétal. Les prédictions in silico et l’expression transitoire d’une fusion traductionnelle GFP-PtaRHE1, au niveau de l’épiderme des feuilles du tabac N. tabacum, ont révélé que la protéine PtaRHE1 se situe tant au niveau de la membrane cytoplasmique qu’au niveau du noyau. La localisation de l’expression du gène PtaRHE1, par les techniques d’hybridation in situ, montre que les transcrits de ce gène se retrouvent principalement au niveau des cellules de rayon, dans la zone cambiale, suggérant que ce gène pourrait jouer un rôle dans le développement ou la formation du tissu vasculaire. La surexpression du gène PtaRHE1 chez le tabac a conduit à l’obtention d’un phénotype pléiotropique caractérisé par un recroquevillement (incurvation) des feuilles, la formation des lésions nécrotiques sur le limbe, un retard de croissance ainsi qu’un retard dans la transition florale. L’analyse de la réponse de l’expression de différents gènes à la surexpression de PtaRHE1 a mis en évidence l’induction des gènes liés à la défense et ou à la mort cellulaire programmée. En outre, l’expression des gènes codant pour des facteurs de transcription WRKY et aussi des MAPKs, tel que WIPK, était aussi plus élevée chez les plantes transgéniques comparées au type sauvage. Les résultats de ce travail suggèrent que PtaRHE1, comme E3 ligase, pourrait jouer un rôle dans la transduction des signaux cellulaires conduisant aux réactions de défense contre les stress biotiques et abiotiques. L’identification de la (des) cible(s) de PtaRHE1 est indispensable pour la compréhension du rôle de cette protéine dans la régulation des réponses de défense par l’intermédiaire de l’ubiquitination.

PtaRHE1 is a poplar (Populus tremula x P. alba) gene encoding a REALLY INTERESTING NEW GENE (RING) domain-containing protein. RING proteins are largely represented in plants and play important roles in the regulation of many developmental processes as well as in plant-environment interactions. In this thesis, we present a functional characterization of PtaRHE1. To gain further insight into the role of this gene, molecular and genetic alteration approaches were used. The results of in vitro ubiquitination assays indicate that PtaRHE1 protein is a functional E3 ligase and this activity was shown to be specific with the human UbCH5a, among the tested ubiquitin-conjugating enzymes. Histochemical GUS stainings showed that the PtaRHE1 promoter is induced by plant pathogens and by elicitors such as salicylic acid and cellulase and is also developmentally regulated. In silico predictions and the transient expression of PtaRHE1-GFP fusion protein in N. tabacum epidermal cells revealed that PtaRHE1 is localized both in the plasma membrane and in the nucleus. The localization of expression of PtaRHE1 in poplar stem by in situ hybridization indicated that PtaRHE1 transcripts are localized within the cambial zone mainly in ray cells, suggesting a role of this gene in vascular tissue development and/or functioning. The overexpression of PtaRHE1 in tobacco resulted in a pleiotropic phenotype characterized by a curling of leaves, the formation of necrotic lesions on leaf blades, growth retardation as well as a delay in flower transition. Plant genes expression responses to PtaRHE1 overexpression provided evidence for the up-regulation of defence and/or programmed cell death (PCD) related genes. Moreover, genes coding for WRKY transcription factors as well as for MAPK, such as WIPK, were also found to be induced in the transgenic lines as compared to the wild type (WT). Taken together, our results suggest that the E3 ligase PtaRHE1 plays a role in the signal transduction pathways leading to defence responses against biotic and abiotic stresses. Identification of PtaRHE1 target(s) is required in order to fully assess the role of this E3 ligase in the ubiquitination-mediated regulation of defence response./<p>RÉSUMÉ<p><p><p>PtaRHE1 est un gène qui code pour une protéine possédant un domaine RING (REALLY INTERESTING NEW GENE) chez le peuplier (Populus tremula x P. alba). Les protéines de type RING sont très répandues chez les végétaux où elles jouent de rôles importants dans la régulation de plusieurs processus de développement et également dans les interactions plantes-environnement. Dans le cadre de ce travail, nous avons procédé à la caractérisation fonctionnelle du gène PtaRHE1. Dans le but de découvrir la fonction de ce gène, nous avons adopté une stratégie faisant usage d’approches moléculaires ainsi que de l’altération de l’expression génique. Les résultats obtenus montrent que la protéine PtaRHE1 est une E3 ligase et que cette activité enzymatique est spécifique à l’Ubiquitin-Conjugating enzym humaine UbCH5a. Les résultats du test histochimique GUS ont montré que le promoteur du gène PtaRHE1 est induit par des pathogènes et aussi par l’acide salicylique et la cellulase. Par ailleurs, ce promoteur est aussi régulé au cours du développement végétal. Les prédictions in silico et l’expression transitoire d’une fusion traductionnelle GFP-PtaRHE1, au niveau de l’épiderme des feuilles du tabac N. tabacum, ont révélé que la protéine PtaRHE1 se situe tant au niveau de la membrane cytoplasmique qu’au niveau du noyau. La localisation de l’expression du gène PtaRHE1, par les techniques d’hybridation in situ, montre que les transcrits de ce gène se retrouvent principalement au niveau des cellules de rayon, dans la zone cambiale, suggérant que ce gène pourrait jouer un rôle dans le développement ou la formation du tissu vasculaire. La surexpression du gène PtaRHE1 chez le tabac a conduit à l’obtention d’un phénotype pléiotropique caractérisé par un recroquevillement (incurvation) des feuilles, la formation des lésions nécrotiques sur le limbe, un retard de croissance ainsi qu’un retard dans la transition florale. L’analyse de la réponse de l’expression de différents gènes à la surexpression de PtaRHE1 a mis en évidence l’induction des gènes liés à la défense et ou à la mort cellulaire programmée. En outre, l’expression des gènes codant pour des facteurs de transcription WRKY et aussi des MAPKs, tel que WIPK, était aussi plus élevée chez les plantes transgéniques comparées au type sauvage. Les résultats de ce travail suggèrent que PtaRHE1, comme E3 ligase, pourrait jouer un rôle dans la transduction des signaux cellulaires conduisant aux réactions de défense contre les stress biotiques et abiotiques. L’identification de la (des) cible(s) de PtaRHE1 est indispensable pour la compréhension du rôle de cette protéine dans la régulation des réponses de défense par l’intermédiaire de l’ubiquitination.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished