La maladie de la pourriture noire des Brassicacées est causée par la colonisation du système vasculaire des plantes par Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). Cette bactérie, largement retrouvée sur les cinq continents, peut infecter de nombreuses espèces d'intérêts agronomiques et la plante modèle Arabidopsis. Malgré l'importance de cette maladie, la génétique et les bases moléculaires de la résistance à Xcc et de la résistance vasculaire en général restent méconnues et ont été le sujet de mes travaux de thèse. Des approches génétiques chez Arabidopsis ont permis d'identifier trois gènes (ZAR1, PBL2, RKS1) requis pour la résistance à Xcc et la reconnaissance de l'effecteur de type III XopAC de Xcc. Ces trois gènes codent respectivement une protéine de résistance canonique (famille des NLR) et deux kinases de la famille des RLCK. En collaboration avec l'équipe de J-M Zhou (Pékin), nous avons élucidé le mécanisme moléculaire de reconnaissance de XopAC: Un complexe de résistance préformé ZAR1-RKS1 reconnaît spécifiquement l'uridylylation de la kinase PBL2 par XopAC et induit la résistance à Xcc. Contrairement aux données existantes, la spécificité de reconnaissance du complexe de résistance n'est pas portée par la NLR mais par la kinase adaptateur RKS1. Ces résultats constituent la première description des mécanismes moléculaires sous tendant la résistance des brassicacées à Xcc et pourront servir de bases pour la mise en place de programmes rationnels d'amélioration variétale chez les Brassicacées cultivés. / Black rot disease of Brassicaceae is caused by the colonization of plant vasculature by Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). This worldwide-distributed bacterium causes serious losses in brassica crops and also infects Arabidopsis. Despite of the economic importance of this disease, genetics and molecular bases of resistance to Xcc and vascular resistance in general is poorly understood. This topic was thus selected as my thesis project. Genetic approaches in Arabidopsis identified three genes (ZAR1, PBL2, RKS1) required for resistance to Xcc and the recognition of the Xcc type III effector XopAC. These three genes code for a canonical resistance protein of the NLR family and two kinases of the RLCK family, respectively. In collaboration with the group of J-M Zhou (Beijing), we uncovered the molecular mechanism of XopAC recognition: a preformed ZAR1-RKS1 resistance complex specifically recognizes PBL2 uridylylated by XopAC and triggers resistance to Xcc. In contrast to existing knowledge, the recognition specificity of the resistance complex is not conferred by the NLR but by the adaptor kinase RKS1. These results are the first description of the molecular mechanisms underlying Brassicaceae resistance to Xcc and pave the avenue for the rationale breeding of resistance in Brassica crops.

La protection intégrée, qui vise à réduire l’usage des pesticides, est un défi majeur pour l’agriculture du XXIème siècle. Le développement de nouvelles approches agronomiques qui concilient environnement et agriculture est une condition indispensable pour l’agriculture de demain. Dans ce contexte, l’utilisation d’éliciteurs capables de mimer une attaque pathogène et de promouvoir un état de résistance chez les plantes face à des maladies représente une alternative naturelle à la lutte chimique. Ces éliciteurs sont nommés les stimulateurs de défense des plantes (SDP). Ils peuvent provenir de différentes sources et être extraits à partir de macroalgues comme c’est le cas des SDP à base de polysaccharides d’algues tels que la laminarine utilisée pour stimuler l’immunité de plantes agronomiques. Toutefois, l’exploitation de ces ressources dans leur milieu naturel et les difficultés de production liées à leur cycle de développement constituent des freins à leur utilisation. La valorisation des microalgues comme source de SDP pourrait permettre de s’affranchir de ces contraintes. Cependant la recherche et de molécules SDP chez les microalgues est encore peu abordée. Au cours de ce travail, le potentiel d’une culture de microalgue, Phaeodactylum tricornutum, à induire des réactions de défense chez les plantes a été évalué. Un broyat cellulaire a été appliqué sur des plantules d’Arabidopsis thaliana. Le caractère éliciteur de ce broyat a été testé et caractérisé par des approches microscopiques, physiologiques et moléculaires. Les résultats ont montré que les plantes traitées présentaient des niveaux d’expression des gènes PR-1, PAD3, ACS6 et WRKY40 et un niveau de protection contre la bactérie Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) plus élevés que les plantes non traitées. De plus, un effet bactéricide in vitro sur la bactérie Pst a été observé. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour le développement de produits SDP d’origine naturelle capables de protéger les cultures. / Integrated plant protection, which aims to reduce the use of pesticide, is a major challenge for the agriculture of the 21st century. The development and application of new agronomic approaches is a prerequisite for crop protection in a sustainable agriculture system. In this context, the use of elicitors capable of mimicking a pathogenic attack and promoting a plant resistance state against diseases is a natural alternative to the use of agro-chemicals. These elicitors are also called plant defense stimulators (PDS). These can be obtained from different sources including macroalgae as it the case for the polysaccharide-based PDS laminarin that is currently used for the protection of a number of crops. However, the exploitation of these natural resources and the difficulties of their production due to their development cycle do hamper their use at a large scale. One of the possibilities to overcome these difficulties is the use of microalgae as a source of PDS. But this possibility and the potential of microalgaederived PDS for crop protection are currently under investigated. In the present work, we have used a cell extract from the microalgae Phaeodactylum tricornutum and assessed its defense response-eliciting activities on Arabidopsis thaliana seedlings by using microscopic, physiological and molecular approaches. The results show that treated plants exhibit higher levels of expression of the PR-1, PAD3, ACS6 and WRKY40 genes and a higher level of protection against the pathogenic bacterium Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) than nontreated plants. An In vitro antibacterial activity on the Pst bacteria was also observed. Our findings suggest that P. tricornutum cell extracts are able to activate plant immune responses and offer new perspectives for the development of novel plant defense stimulators.

La défense pré-invasive ou stomatique est un mécanisme qui consiste en la fermeture des pores stomatiques présents sur les organes aériens des plantes lorsque celles-ci sont en contact avec certains agents pathogènes. Cette fermeture empêche ces derniers de pénétrer dans l’hôte et de le coloniser. Ce mécanisme s’active chez Arabidopsis inoculée par la bactérie Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000. Des travaux préliminaires de notre groupe avaient montré que la carbonylation de protéines cibles par des espèces réactives électrophiles (EREs) représentait une étape cruciale de la signalisation cellulaire nécessaire à la mise en place de cette défense. Par des approches de marquage ciblé et de purifications couplées à des identifications par spectrométrie de masse en tandem (nanoLC-MS/MS), nous avons pu caractériser une sérine-thréonine protéine kinase qui joue un rôle déterminant dans ce mécanisme de défense. En effet, des plantes mutées sur le gène codant cette protéine ont perdu la capacité à induire la fermeture de leurs stomates et à déployer la défense stomatique vis-à-vis de la bactérie. De plus, l’introduction de la chimie click (cycloaddition alcyne-azide catalysée par le cuivre), dans nos approches de marquage, nous a permis d’identifier un ensemble de protéines très probablement carbonylées et susceptibles de jouer un rôle crucial dans ces évènements cellulaires qui contribuent à une part de l’immunité végétale. Enfin, les EREs étant capables d’induire la fermeture des stomates, nous avons cherché à savoir, dans le cadre de l’établissement d’une preuve de concept, si leur application sur des plantes permettrait la protection de ces dernières contre Pst. / Pre-invasive or stomatal defense is a mechanism which consists of closing the stomata present at surface of aerial organs of plants when they are in contact with certain pathogens. This closure prevents them from entering and colonizing the host. This mechanism is activated in Arabidopsis inoculated by the bacterium Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000. Preliminary work by our group had shown that carbonylation of target proteins by reactive electrophile species (RES) was a crucial step of the cell signaling required to set up this defense. Through targeted tagging and purifications approaches coupled with tandem mass spectrometry identifications (nanoLC-MS/MS), we have been able to characterize a serine-threonine protein kinase that plays a crucial role in this defense mechanism. Indeed, plants mutated on the gene encoding this protein have lost their ability to trigger stomatal closure and to deploy the stomatal defense against the bacteria. In addition, the use of the click chemistry and notably, the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition, in our tagging approaches has enabled us to identify a set of proteins that are most likely carbonylated and likely to play a significant role in these cell events that contribute to part of plant immunity. Finally, since RES are able to induce stomatal closure we sought to find out, in the context of establishing a proof-of-concept, whether their application to plants would enable them to be protected against the Pst.