Dégradation des parois végétales par les agents pathogènes

L’arsenal enzymatique pour dégrader les pectines est composé de pectines méthylestérases (PME), de pectines lyases, de pectate lyases (PEL) et de polygalacturonases (PG). Les pectines méthylestérases sont responsables de la déméthylation de l’homogalacturonane, qui devient alors sensible à une action des polygalacturonases et des pectate lyases. Les polygalacturonases hydrolysent la liaison entre les acides galacturoniques présents dans l’homogalacturonane non méthylé. Les pectate et pectines lyases clivent les mêmes liaisons mais chacune a une spécificité de substrat, l’acide polygalacturonique non méthylé et méthylé, respectivement (Lagaert et al., 2009). La capacité à dégrader efficacement les pectines est essentielle dans certains cas pour le pouvoir pathogène. Par exemple, l’absence de l’enzyme PEL (Pectate Lyase) chez un mutant de la bactérie Pseudomonas viridiflava provoque une diminution de la virulence chez Arabidopsis (Jakob et al., 2007), de même que la mutation du gène pelB chez le champignon Colletotrichum gloeosporioides, pathogène sur avocat (Yakoby et al., 2001). Chez Botrytis cinerea, la perte de la pectine méthylestérase BcPME1 a pour conséquence une réduction de la macération des pommes lors de l’infection par le champignon (Valette-Collet et al., 2003). Enfin, autre exemple, chez Claviceps purpura, la mutation de deux gènes codant des polygaclacturonases, CpPG1 et CpPG2, confère une perte de virulence presque totale du champignon sur le seigle (Oeser et al., 2002). Chez Xcc, une analyse du répertoire protéique du génome de la bactérie a révélé une surreprésentation d’un type de protéines de la membrane externe, appelées TonB- dependent transporter (TBDT) (Blanvillain et al., 2007). Alors qu’une dizaine de TBDT sont généralement présents dans le génome des bactéries, Xcc en possède 72. De façon intéressante, ces TBDT sont généralement organisés sous la forme de locus, appelés CUT locus (Carbohydrate Utilization containing TBDT locus) qui comprennent un TBDT, un transporteur localisé sur la membrane interne de la bactérie, un régulateur, et une ou plusieurs enzymes de dégradation (Blanvillain et al., 2007). Par exemple, le TBDT XCC0120 est situé à proximité de gènes codant une pectine methylesterase et une pectate lyase, suggérant un système CUT impliqué dans la dégradation des pectines (Blanvillain et al., 2007). Chez R. solanacearum, plusieurs enzymes capables de dégrader les pectines ont été identifiées. Afin de démontrer leur implication dans le pouvoir pathogène de la bactérie, une approche, particulièrement originale, a consisté à créer de multiples combinaisons de mutations afin de générer 15 souches différentes (Liu et al., 2005). La virulence de chacune des souches a été testée sur tomate, suite à une inoculation par arrosage du sol contenant les plantes. La

Figure 21. Représentation schématique de la dégradation de différents composés pariétaux

A.

différents composés pariétaux

(d’après Albersheim et al., 2010). La position où agissent les différentes enzymes sont symbolisées par une paire de ciseaux et le nom de l’enzyme associée à cette dégradation est indiquée en dessous.

A. La dégradation de la cellulose fait intervenir successivement une ß- 1 4 d l

1,4-endo-glucanase, une exo-

cellobiohydrolase et une ß- glucosidase, afin d’obtenir des monomères de glucose (Glc). B. La dégradation du xylane, en

monomères de xylose se fait de façon chronologique. Dans un premier temps, une α-L- arabinofuranosidase et une α-D- B.

b o u os d se e u e α glucuronidase agissent pour enlever les décorations arabinose (Ara) et d’acide glucuronique (GlcA), étape primordiale avant l’action d’une endo-ß-1,4-D-

xylanase qui intervient dans la dépolymérisation de la chaine de xylose (Xyl). Enfin, une ß-D-

l id t d’ bt i d xylosidase permet d’obtenir des monomères de xylose.

C. La dégradation du xyloglucane en monosaccharides nécessite plusieurs enzymes qui agissent dans un ordre bien précis. Dans un premier temps, une ß-1,4-

endo-xyloglucanase va dégrader

le xyloglucane pour former des C.

y g p

fragments possédant ou non des décorations galactose (Gal) et fucose (Fuc). En absence de ces décorations, une α-xylosidase va cliver les résidus de xylose afin de les dissocier de la chaine de glucose. Enfin, l’action d’une ß- D-glucosidase permet d’obtenir des monomères de glucose En des monomères de glucose. En revanche, si des décorations Gal et Fuc sont présentes, celles-ci doivent préalablement être clivées par une α-L-fucosidase puis une ß-D-galactosidase avant que l’α-xylosidase ne puisse agir.

mutation individuelle ou groupée des enzymes pectiques (PehA, PehB, PehC et Pme) ne modifie pas la virulence de la bactérie (Liu et al., 2005).

Les enzymes responsables de la dégradation des pectines affaiblissent la paroi végétale et exposent les autres polymères à une dégradation par des cellulases et des hémicellulases. La cellulose est dégradée en trois étapes, faisant intervenir successivement une endoglucanase (endocellulase), une exocellobiohydrolase (exocellulase) et une glucosidase (cellobiase) (Fig. 21) (Albersheim et al., 2010). Chez les dicotylédones, l’hémicellulose majoritaire est le xyloglucane. Ce polysaccharide peut être dégradé seulement par certaines endoglucanases (EG), dites spécifiques du xyloglucane (XEG). La dégradation du xyloglucane débute avec une endoxyloglucanase qui le coupe en deux fragments portant ou non des décorations de galactose (Gal) et de fucose (Fuc) (Fig. 21). Si c’est le cas, chaque résidu Fuc puis Gal est dégradé par une fucosidase et une galactosidase. C’est seulement sur un polymère formé de glucose et de xylose que peut agir une xylosidase qui va couper les liaisons entre ces deux sucres pour donner des monomères de xylose et une chaine de glucose. Pour finir, une glucosidase va permettre l’obtention de monomères de glucose (Fig. 21) (Albersheim et al., 2010). La capacité à dégrader une autre hémicellulose, le xylane, peut également influencer également le pouvoir pathogène. Chez Botrytis cinerea, la mutation xyn11A affecte une endo- ß-1,4-xylanase et diminue la capacité du champignon à induire des lésions de macération sur feuilles de tomate et baies de raisin (Brito et al., 2006). Chez Xcc, les TBDT XCC2828 et XCC4120 sont présents dans des groupes de gènes impliqués dans le métabolisme du xylose/xylane (Blanvillain et al., 2007). Chez R. solanacearum, les souches mutées pour une ou les deux enzymes cellullolytique (Egl, CbhA) sont moins virulentes (Liu et al., 2005).