Le feu bactérien des Maloideae est provoqué par Erwinia amylovora, gamma-protéobactérie dont le pouvoir pathogène repose un système de sécrétion de type trois (T3SS). Des travaux antérieurs ont révélés que des mutants hrp de régulation de ce système (hrpL, hrpS), avirulents, sont capables de protéger la plante d'une infection par la souche sauvage. Nous avons d'abord voulu savoir si la protection est due à une induction de défenses chez la plante. L'étude de l'expression de gènes de défense dépendants des voies de l'acide salicylique, de l'acide jasmonique, de l'éthylène et des phénylpropanoïdes montre qu'aucune de ces voies n'est particulièrement induite par les mutants de régulation. Puis après avoir écarté l'hypothèse d'un effet direct des mutants sur la souche sauvage, nous avons recherché des différences au niveau protéique et surtout transcriptomique entre ces bactéries par des démarches avec et sans a priori (gènes-cibles vs cDNAAFLP). Les résultats montrent que HrpS et HrpL sont capables de réguler différentiellement d'autres gènes que les gènes hrp : HrpL régule négativement les gènes flagellaires, le chimiotactisme et un gène du GSP, et positivement un gène du T1SS et une OMP ; HrpS régule négativement le quorum sensing et positivement un gène potentiellement impliqué dans la synthèse de l'éthylène. Nous avons particulièrement approfondi le système flagellaire d'E. amylovora. Une analyse bioinformatique a révélé que cette bactérie possède deux systèmes flagellaires, secrétant deux flagellines distinctes (32 vs 50 KDa). La flagelline de 32 KDa, réprimée par HrpL, ne joue pas de rôle majeur dans la protection et ne possède pas l'épitope flg22 impliqué dans l'immunité des plantes. Si notre travail n'élucide pas complètement l'origine de la protection conférée par les mutants de régulation, il apporte des informations nouvelles sur E. amylovora et sur la régulation de certains de ses gènes au cours de l'interaction avec son hôte.

Chez les mammifères, le glutamate est un neuromédiateur bien connu au niveau du système nerveux central et plus récemment un rôle immunomodulateur lui a été reconnu. Le glutamate est le ligand de récepteurs ionotopiques (iGluRs) qui sont des récepteurs-canaux perméables à divers cations dont le calcium (non-selective cation channels, NSCC). Chez Arabidopsis thaliana, une famille de 20 gènes de iGluRs homologues des iGluRs de mammifères a été identifiée et leur implication dans divers processus biologiques est suggérée. Dans ce travail où nous utilisons des suspensions de cellules de tabac (Nicotiana tabacum var Xanthi), divers arguments suggèrent que ces iGluR sont fonctionnels dans le tabac : influx de calcium et élévation rapide et transitoire de la concentration en calcium cytosolic libre en réponse à l’addition de glutamate, inhibition de ces effets par 4 antagonistes de iGluRs animaux (compétitifs ou non compétitifs), désensibilisation, et pH dépendance des effets. Pour la première fois chez les plantes nous montrons que le glutamate induit la production de NO très vraisemblablement via l’activation de iGluRs. De plus, nous démontrons que ce(s) iGluRs sont impliqués dans le mode d’action, via les flux de calcium, de la cryptogéine une protéine de 10 kDa de Phytophthora cryptogea, éliciteur des réactions de défense chez le tabac. Néanmoins, à ce niveau, les iGluRs ne sont pas impliqués dans la plupart des événements calcium-dépendants induits par la cryptogéine dont l’activation des MAPKs et de canaux anioniques, la production de H2O2 (activation de la NADPH-oxydase) et la réponse hypersensible. En revanche, ils sont tout ou partiellement responsables de la production de NO décrite pour la première fois par le passé en réponse à la cryptogéine. Ces résultats suggèrent que différents types de canaux calciques activés par divers médiateurs, génèrent, via le calcium, des messages spécifiques décodés par des protéines associées à chacun de ces types de canaux et impliquées dans des réponses biologiques différentes. Dans le mode d’action de la cryptogéine, nous démontrons que l’activation des iGluRs est possible grâce à l’exocytose de glutamate dans l’apoplaste, induite par la cryptogéine. Ainsi, ce travail est la première démonstration du rôle de iGluRs potentiels dans la défense chez les plantes et de leur implication dans la production de NO. Nos résultats sont un argument supplémentaire à la conservation des mécanismes de la défense dans le monde vivant et posent le problème du rôle du glutamate dans la signalisation chez les plantes. / Glutamate is recognized as the primary excitatory neurotransmitter in the mammalian central nervous system (CNS) but recent studies have shown that glutamate has an important additional immunomodulator role. Glutamate is the ligand of ionotropic glutamate receptors (iGluRs), which are non-selective cation channels (NSCC), permeable to calcium. In plants, animal iGluR homologs were found that were involved in many developmental processes. Here we demonstrate the involvement of putative iGluRs in calcium signalling in response to cryptogein which is a 10 kDa protein secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea and is an elicitor of defence in tobacco. Using transformed tobacco cell suspensions expressing aequorin in the cytosol or in the nucleus, our results have shown that glutamate induces a strong and transient [Ca2+]cyt elevation without [Ca2+]nuc changes. Glutamate-induced [Ca2+]cyt elevation was a result of calcium influx from the extracellular medium and was inhibited by different GluR inhibitors. This data suggest the presence of functional calcium channels of GluRs-type in tobacco. Nevertheless, glutamate does not induce some of the calcium-dependent characteristic events of the defence pathways, which are H2O2 production, MAPK activation and hypersensitive response, but promoted NO production. Further, Ca2+ influx,[Ca2+]cyt elevation and NO production induced by cryptogein were shown to be partially inhibited by the glutamate receptor inhibitors, suggesting that cryptogein treatment could activate a calcium channel of the GluR-type leading to plant defense signalling through NO production. We have also demonstrated that cryptogein induces an efflux of glutamate in the apoplast by the process of exocytosis thus activating the GluRs in tobacco. This is the first demonstration for a potential GluR(s) involvement in plant defense signalling, furthermore by mechanisms that showed homology with glutamate effect on neuronal cells.

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.