La réponse immunitaire des plantes dépend entièrement du système immunitaire inné. La perception extracellulaire de motifs moléculaires conservés associés aux pathogènes/microbes (P/MAMP) par des récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires (PRR) induit un type de réponse immunitaire dénommé PTI (pattern-triggered immunity). Certains pathogènes interceptent cette réponse en injectant, dans les cellules hôtes, des protéines appelées effecteurs, qui peuvent être détectés par des récepteurs immunitaires intracellulaires de la famille des NLR (nucleotide-binding domain leucine-rich repeat containing). En cas de détection, les NLRs induisent une réponse immunitaire rapide, appelée ETI (effector-triggered immunity), souvent associée à la mort des cellules hôtes. Un des NLRs présents chez l’orge, MLA, confère une ETI protectrice contre Blumeria graminis f. sp. hordei. Bien que MLA n’ait d’homologues qu’au sein de la famille monocotylédone des Triticeae, MLA est fonctionnel dans une lignée transgénique chez l’espèce dicotylédone A. thaliana. Ceci indique que le mécanisme de résistance a été conservé chez les plantes dicotylédones et monocotylédones. Chez la plante dicotylédone Nicotiana benthamiana, l’expression transitoire du domaine coiled-coil (MLACC) qui correspond aux 160 premiers acides aminés en N-terminus de MLA, suffit à induire la mort cellulaire. MLA pourrait ainsi initier un mécanisme de signalisation conservé, via son domaine MLACC. Le but de cette thèse a été de décrire le(s) mécanisme(s) de signalisation en aval de MLACC dans des lignées transgéniques d’A. thaliana. L’expression conditionnelle de MLACC induit une réponse similaire à la réponse immunitaire, et caractérisée par l’initiation d’une reprogrammation transcriptionnelle massive à ~2 h post-induction (hpi) suivie par la mort des cellules à ~4 hpi. Cette réponse est aussi induite par MLACC chez une lignée transgénique d’A. thaliana qui est simultanément dépourvue de trois composants (PEN2, PAD4 et SAG101) et des trois principales phytohormones (éthylène, acide jasmonique et acide salicylique) impliqués dans la régulation immunitaire. La comparaison des profils d’expression au cours du temps chez des plantes exprimant MLACC, avec ceux induits au cours de l’ETI et de la PTI chez A. thaliana, a révélé de larges similitudes lors de la réponse précoce. Ainsi, la signalisation initiée par MLACC, l’ETI et la PTI pourrait converger rapidement vers une machinerie de transcription commune qui active les gènes de la réponse immunitaire. De plus, ces données indiquent que le domaine MLACC de l’orge suffit à induire la réponse immunitaire normalement associée à l’ETI chez A. thaliana, et que l’activation des gènes de la réponse immunitaire peut se produire indépendamment de la PTI. La plupart (> 74.7%) des 562 gènes significativement induits à 2 hpi sont caractéristiques des gènes de type « immediate early response » puisqu’ils sont induits rapidement sans nécessiter la synthèse de novo de protéine, vraisemblablement par élimination d’un répresseur à courte durée de vie. Les régions 5’-UTR de ces gènes contiennent des motifs fortement enrichis associés à des facteurs de transcription sensibles au Ca2+, tels que le calmodulin-binding transcription activator 3 (CAMTA3) qui est rapidement dégradé au cours de l’ETI. Ceci pourrait expliquer l’inhibition totale de la réponse médiée par MLACC en présence de LaCl3, un inhibiteur des canaux calciques, inhibition qui a aussi été décrite par le passé concernant durant l’ETI et la PTI. J’ai effectué un crible génétique de mutants obtenus par mutagénèse chimique et ainsi identifié trois candidats suppresseurs de la réponse médiée par MLACC. La purification des complexes protéiques associés à MLACC, ainsi qu’un crible en double-hybride chez la levure ont permis d’identifier plusieurs candidats interagissant avec MLACC. Ces approches ont révélé de nouveaux candidats impliqués dans la signalisation médiée par MLACC. / Plants rely entirely on innate immunity to fight pathogens. Extracellular perception of evolutionarily conserved pathogen/microbe-associated molecular patterns (P/MAMP) by membrane-resident pattern recognition receptors (PRRs) leads to pattern-triggered immunity (PTI). Host-adapted pathogens intercept PRR-mediated immunity by delivering effectors into host cells. These polymorphic effectors can be recognized by intracellular immune receptors of the nucleotide-binding domain leucine-rich repeat (NLR) family. Upon effector recognition, NLRs trigger a rapid immune response, termed effector-triggered immunity (ETI), which is typically associated with a host cell death response. In barley, the NLR MLA confers ETI against the pathogenic powdery mildew fungus, Blumeria graminis f sp hordei. Although MLA orthologues are found only in the Triticeae family of monocotyledonous plants, barley MLA is functional in transgenic dicotyledonous A. thaliana, indicating that the underlying disease resistance mechanism has been evolutionarily conserved for at least 150 Mya in monocot and dicot plants. In dicotyledonous Nicotiana benthamiana, transient gene expression of the coiled-coil (MLACC) domain, consisting of the N-terminal 160 amino acids of the receptor, was sufficient to activate a cell death response, raising the possibility that MLA initiates a conserved signalling mechanism through the MLACC domain. This thesis aimed at identifying signalling mechanism(s) acting downstream of the MLACC module in transgenic A. thaliana. Conditional MLACC expression triggered immune-related responses, characterized by a rapid onset of massive changes in gene expression at ~2 h post induction (hpi), followed by cell death at ~4 hpi. These MLACC–triggered responses are retained in A. thaliana plants simultaneously lacking the immune components PAD4, SAG101, PEN2, and all major defence phytohormones, i.e. ethylene, jasmonic acid, and salicylic acid. A comparison of time-resolved and genome-wide transcript profiles in MLACC-expressing plants with expression profiles induced during ETI and PTI by endogenous A. thaliana NLRs or PRRs revealed at early time points highly similar patterns. This suggests that early signalling mediated by MLACC, ETI, and PTI converges on a common transcriptional machinery that activates immune response genes, indicating that the barley MLACC domain is sufficient to stimulate an ETI response in A. thaliana. This also shows that activation of these immune response genes can occur independently of PTI. Most (> 74.7%) of the 562 genes that were significantly upregulated at 2 hpi in MLACC-expressing plants are immediate early response genes since their induction does not depend on de novo protein synthesis, suggesting that these genes are activated by the removal of short-lived repressors. In the 5’ regulatory regions of the early induced genes, I found a striking enrichment of cis-acting motifs that serve as binding sites for Ca2+-responsive transcription factors, including the calmodulin-binding transcription activator 3 (CAMTA3), which is known to be rapidly degraded during ETI. This might explain complete inhibition of MLACC–mediated responses by the Ca2+ channel inhibitor LaCl3, which was previously also reported for several NLR-mediated and P/MAMP-triggered responses. Using chemical mutagenesis, I identified three candidate suppressor mutants of MLACC-mediated responses. Affinity purification of MLACC complexes and a yeast two-hybrid screen identified several MLACC candidate interacting proteins. Together this has revealed novel candidate components engaged in MLACC signalling.

Les histones désacétylases de type 2 (HD2) ont été caractérisées chez le tabac comme étant des régulateurs négatifs de la mort cellulaire associée à la réponse hypersensible induite par la cryptogéine, un éliciteur protéique.Les principaux objectifs de cette thèse sont d’accroître nos connaissances générales sur les HD2 et de caractériser leur rôle dans la voie de signalisation induite par la cryptogéine.Nous nous sommes tout d’abord intéressé à l’évolution des HD2 au sein des Viridiplantae et nous avons défini deux groupes de HD2. Nous nous sommes ensuite focalisés sur l’évolution des HD2 dans le genre Nicotiana. Nous avons identifié chez le tabac six gènes codant sept isoformes de HD2. Les quatre isoformes de HD2 de Gr1 seraient redondants fonctionnellement.Pour mieux comprendre le mode d’action des HD2 à l’échelle moléculaire et étant donné que nous n’avons pas pu détecter d’activité enzymatique chez les HD2, nous avons tenté d’identifier les gènes cibles et les partenaires protéiques potentiels des HD2.Des expériences de puces à ADN nous ont permis d’identifier des gènes régulés par la cryptogéine de manière HD2 dépendante, parmi lesquels ERF3 qui pourrait constituer un gène majeur impliqué dans l’initiation de la mort cellulaire.Des expériences de co-immunopurification combinées à des analyses par spectrométrie de masse nous ont permis d’identifier des partenaires protéiques des HD2 dont l’histone H4.De manière générale, les résultats obtenus au cours de cette thèse soulèvent la question de savoir si les HD2 possèdent une activité HDAC intrinsèque et nous ont permis de mieux comprendre le rôle des HD2 dans la signalisation nucléaire induite par la cryptogéine. / Type 2 histone deacetylases (HD2s) have been characterized in Nicotiana tabacum as negative regulators of hypersensitive response (HR)-associated cell death induced by cryptogein, a proteinaceous elicitor secreted by Phytophthora cryptogea.The main objectives of this thesis are to increase our general knowledge about HD2s and to characterize their role in the signaling pathway induced by cryptogein.We first examined the evolution of HD2s in green plants and defined two groups of HD2s. We then focused on the evolution of HD2s in the genus Nicotiana. Six genes coding seven isoforms of HD2s were identified in N. tabacum. The four Gr1 HD2 isoforms are functionally redundant in the response to salt stress.To better understand the mode of action of HD2s at the molecular level, and since we – as well as other research groups – were unable to detect any enzymatic activity from HD2s, we tried to identify target genes and potential protein partners of HD2s.Microarray experiments allowed us to identify genes that are regulated by cryptogein in a HD2-dependant fashion. Among these genes, ERF3, coding an ethylene-responsive factor, could be a major gene involved in the initiation of HR-associated cell death.Co-immunopurification experiments combined with mass spectrometry analyses permitted us to identify protein partners of HD2s such as histone H4.Globally, the results obtained during this thesis call into question whether HD2s do have an HDAC activity themselves, or are associated into complexes containing HDACs from the RDP3/HDA1 family. These results also permitted us to better understand the role of HD2s in the nuclear signaling pathway induced by cryptogein in tobacco.

La RH est une réaction de défense. L’interaction entre G.hirsutum et Xcm repose sur le concept gène-à-gène. L’infection du cultivar Réba B50 possédant les gènes R B2B3 par Xcm18 conduit à une RH associée à une activité LOX, responsable de la peroxydation des lipides, et à la transcription du GhLOX1. Premièrement, 6 génotypes de G.hirsutum contenant divers gènes R ont été retenus pour analyser la variabilité de la réponse LOX suite à l’infection par Xcm1, 18 ou 20. Notre étude a porté sur plusieurs critères, le phénotype, la perte en eau, l’activité LOX et la transcription du GhLOX1. Les résultats montrent une variabilité du phénotype RH en fonction des sources de résistances. Pour chaque type d’interaction incompatible, l’activité LOX et la transcription du GhLOX1 révèlent une augmentation significative corrélée à l’apparition des symptômes RH et à la diminution de la teneur en eau. La réponse LOX est conservée lors de la RH, quelle que soit la race de Xcm ou le génotype. Le GhLOX1 considère comme un marqueur moléculaire de la résistance spécifique du cotonnier à Xcm. Deuxièmement, le rôle du GhLOX1dans la mise en place de la RH en analysant sa fonction potentielle par surexpression. Des cotylédons ont été transformés avec la séquence codante GhLOX1 fusionnée au CaMV35S. Ces cotylédons transformés ont révélé (i) une activité LOX significativement supérieure à celle des cotylédons témoins montrant que le GhLOX1 code pour une protéine active et (ii) un phénotype sans modifications apparentes par rapport à celui des cotylédons non transformées, sauf dans certains contextes d’interactions cotonnier/Xcm où la surexpression de ce gène induit l’apparition de symptômes de type RH. L’effet de l’agro-infiltration sur l’expression de certains gènes pendant la transformation a révélé l’induction précoce et non spécifique de l’expression de gènes de défense. Ces travaux constituent une première étape dans l’analyse fonctionnelle du GhLOX1 dans la résistance spécifique du cotonnier à Xcm / The HR is a defense strategy. The interaction between G.hirsutum and Xcm is governed by the gene-for-gene concept. The infection of the cultivar Reba B50 that contains B2B3 R genes by race Xcm18 leads to a HR associated with a LOX activity response involved in peroxidation of lipids and with transcription of GhLOX1. First, 6 genotypes of G. hirsutum containing various R genes were tested to analyze the variability of the LOX response following the infection by Xcm1, 18 or 20. Several criteria were investigated including the phenotype, the water loss, the LOX activity and GhLOX1 transcription. The results showed variation in HR phenotype according to the tested R genes. For each type of the incompatible interaction, LOX activity and transcription of GhLOX1 were always significantly increased paralleled the apparition of the HR symptoms and the decrease in the water content. LOX response (enzymatic activity and GhLOX1 transcription) is associated with HR whatever the genotype of both Xcm races and cotton plant. Thus, the GhLOX1 consider as a molecular marker of the cotton specific resistance to Xcm. Second, the role of the GhLOX1 gene in the execution of the cotton HR to Xcm by analyzing its possible function by over-expression, the cotyledons were transformed with the GhLOX1 coding sequence fused to the CaMV35S. These transformed cotyledons revealed (i) a LOX activity significantly higher than that detected in the control, showing that the GhLOX1 encodes for an active protein and (ii) that the phenotype of these cotyledons was indistinguishable as compared to the non transformed cotyledons, except when the HR symptoms were induced in some GhLOX1-over-expressed cotyledons. The effect of agro-infiltration on expression of some plant genes during the transformation revealed early and nonspecific induction of the expression of defense genes. This work constitutes a preliminary investigation for the functional analysis of the GhLOX1 in order to assess its role in the cotton specific resistance to Xcm

Les réactions de défense végétales sont souvent associées au développement de la réponse hypersensible (HR), une forme de mort cellulaire programmée qui confine l'agent pathogène au niveau du site d'infection. La frontière nette de la HR suggère l'existence de mécanismes efficaces qui contrôlent la frontière entre mort cellulaire et survie. Le facteur de transcription d'Arabidopsis AtMYB30 régule positivement la HR et les réponses de défense de la plante en augmentant la synthèse des acides gras à très longue chaîne (VLCFA) après infection bactérienne. L'activité d’AtMYB30 est étroitement contrôlée à l'intérieur des cellules végétales par des interactions protéine-protéine et des modifications post-traductionnelles. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons identifié une protéase de la famille des subtilases (AtSBT5.2) en tant que partenaire protéique d’AtMYB30. Chose intéressante, nous avons montré que le transcrit d’AtSBT5.2 est épissée de façon alternative, conduisant à la production de deux produits de gènes distincts codant soit pour une isoforme sécrétée [AtSBT5.2 (a)] soit une isoforme intracellulaire [AtSBT5.2 (b)]. L'interaction spécifique d’AtMYB30 avec AtSBT5.2(b), mais pas avec AtSBT5.2(a), conduit à une rétention d’AtMYB30 à l'extérieur du noyau au sein de petites vésicules intracellulaires. Des plantes d’Arabidopsis mutantes atsbt5.2, ne montrant ni expression d’AtSBT5.2(a) ni d’AtSBT5.2(b), présentent des réactions de défense et de HR accrues. Ce phénotype étant abolie dans un fond génétique mutant atmyb30, AtSBT5.2 est donc un régulateur négatif de la résistance aux maladies induites par AtMYB30. Fait important, la surexpression de l’isoforme AtSBT5.2(b), mais pas celle de l’isoforme AtSBT5.2(a), dans le fond mutant atsbt5.2 rétablit les phénotypes présentés par les plantes mutantes atsbt5.2, ce qui suggère qu’AtSBT5.2(b) réprime spécifiquement la réponse de défense induite par AtMYB30. / Plants defence responses are often associated with the development of the so-called hypersensitive response (HR), a form of PCD that confines the pathogen to the infection site. The sharp boundary of the HR suggests the existence of efficient mechanisms that control cell death and survival. The Arabidopsis transcription factor AtMYB30 positively regulates plant defence and HR responses by enhancing the synthesis of sphingolipid-containing Very Long Chain Fatty Acids (VLCFA) after bacterial infection. The activity of AtMYB30 is tightly controlled inside plant cells through protein-protein interactions and post-translational modifications. During my PhD, we identified a protease of the subtilase family (AtSBT5.2) as a AtMYB30-interacting partner. Interestingly, we have shown that the AtSBT5.2 transcript is alternatively spliced, leading to the production of two distinct gene products that encode either a secreted [AtSBT5.2(a)] or an intracellular [AtSBT5.2(b)] protein. The specific interaction between AtMYB30 and AtSBT5.2(b), but not AtSBT5.2(a), leads to AtMYB30 specific retention outside of the nucleus in small intracellular vesicles. atsbt5.2 Arabidopsis mutant plants, in which both AtSBT5.2(a) and AtSBT5.2(b) expression was abolished, displayed enhanced HR and defence responses. The fact that this phenotype is abolished in an atmyb30 mutant background suggests that AtSBT5.2 is a negative regulator of AtMYB30-mediated disease resistance. Importantly, overexpression of the AtSBT5.2(b), but not the AtSBT5.2(a), isoform in the atsbt5.2 mutant background reverts the phenotypes displayed by atsbt5.2 mutant plants, suggesting that AtSBT5.2(b) specifically represses AtMYB30-mediated defence.

La cryptogéine, sécrétée par l’oomycète Phytophthora cryptogea, est un éliciteur protéique des réactions de défense qui active chez le tabac un ensemble d’événements de signalisation conduisant à la mise en place d’une mort cellulaire de type réponse hypersensible et d’une résistance systémique acquise. La caractérisation de la modulation de l’activité de kinases cytosoliques, dont SIPK et WIPK, par des événements de phosphorylation en réponse à la cryptogéine, traduit la place majeure que tiennent les modifications post-traductionnelles dans la cascade de signalisation induite dans les cellules de tabac en réponse à la cryptogéine. Il s’avère que la signalisation cellulaire induite par la cryptogéine, et impliquant ces protéines kinases, converge entre autre vers le noyau à travers la modulation de l’activité d’éléments nucléaires par phosphorylation. Dans ce contexte, d’importants travaux de purification/séquencage, visant à identifier les protéines nucléaires cibles de ces activités kinases, ont permis d’identifier deux isoformes redondantes d’histones désacétylases de type 2 nommés NtHD2a et NtHD2b qui sont rapidement phosphorylées en réponse à la cryptogéine dans les cellules de tabac.Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude du rôle de NtHD2a/b dans l’établissement du processus de mort cellulaire des cellules de tabac et de la RH in planta en réponse à la cryptogéine. Par des approches de pharmacologie ainsi que des approches de surexpression ou d’invalidation de l’expression de NtHD2a/b chez le tabac, nous avons d’une part confirmé l’implication de NtHD2a/b en tant que régulateurs négatifs de la mort cellulaire induite par la cryptogéine ou d’autres élicitines, et d’autre part mieux appréhendé les événements de la cascade de signalisation prépondérants dans l’établissement de cette mort cellulaire. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à la mise en place de la mort cellulaire apparaissent complexes et semblent notamment impliquer la modulation de l’expression de gènes de défense, la synthèse de novo de protéines ainsi que l’activation de protéines kinases, dont notamment WIPK et SIPK.Des travaux relatifs à l’étude des événements de (dé)/acétylation dans les cellules de tabac traitées par la cryptogéine et invalidées dans l’expression de NtHD2a/b suggèrent le concours de modifications post-traductionnelles de protéines nucléaires telles que l’acétylation dans la mise en place de la mort cellulaire induite par la cryptogéine chez le tabac. / Cryptogein, which is secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea, is a proteinaceous elicitor of plant defense reactions that activates a set of signaling events leading to the hypersensitive response and to systemic acquired resistance. Although the early cytosolic signaling events induced by cryptogein are well described, the only nuclear events characterized to date are the variations in free calcium concentrations and defense-related gene expression. The characterization of the activation of cytosolic protein kinases, including WIPK and SIPK, by phosphorylation in response to cryptogein highlights the key-role played by posttranslational modifications in cryptogein-induced signaling events in tobacco cells. In this context, purification/sequencing approaches revealed that two redundant isoforms of type-2 nuclear histone deacetylases, NtHD2a and NtHD2b, were rapidly phosphorylated in cryptogein-treated tobacco cells.This thesis work is part of a comprehensive study of the role of NtHD2a/b in the establishment of the cell death process in tobacco cells and of the hypersensitive response in planta, in response to cryptogein. By using a pharmacological approach and overexpression and RNA interference-based approaches, we confirmed the involvement of NtHD2a/b as negative regulators of elicitin-induced cell death and we achieved a better understanding of cell death signaling events. The molecular events that underly the cell death process appear particularly complex and seem to involve the modulation of defense-related gene expression, de novo protein synthesis and protein kinase activation such as WIPK and SIPK.The study of (de)/acetylation events in tobacco cells treated by cryptogein and invalidated in NtHD2a/b expression suggests a role for posttranslational modifications in cryptogein-induced cell death.