Le rôle du NAD dans les réactions de défense face aux pathogènes

Les agressions provoquées par les agents pathogènes, bactéries, champignons, ravageurs ou virus, peuvent entraîner des pertes considérables en rendement. Parmi les stratégies mises en place par les plantes pour se défendre, le métabolisme du NAD y joue un rôle central par le contrôle qu’il exerce sur le statut oxydoréductif des cellules et ses fonctions de signalisation cellulaire. Des modulations des niveaux de NAD ont été observés dans les plantes soumises aux attaques d’agents pathogènes (Pétriacq et al., 2012; Pétriacq et al., 2013). Par exemple chez l’orge, l’infection par Blumeria graminis (ex Erysiphae graminis) var

hordei, agent pathogène responsable de l’oïdium chez les céréales, s’accompagne

d’une augmentation des niveaux de NAD⁺ et d’une redistribution du NADP⁺ des plastes vers le cytosol (Ryrie & Scott, 1968).

Les ROS produits par les NADPH oxydases participent à la réponse immunitaire des plantes. De très nombreuses études ont mis en évidence une participation active des NADPH oxydases, principalement de type D et F, en association avec des niveaux élevés en NAD, dans la réponse des plantes aux attaques pathogènes (Torres et al., 2002; Yoshie et al., 2002; Yoshioka et al., 2003; Torres et al., 2005; Fagard et al., 2007; Zhang et al., 2007; Asai et al., 2008; Galletti

90 et al., 2008; Alkan et al., 2009; Belhaj et al., 2009; Lherminier et al., 2009; Pogány et al., 2009; Asai et al., 2010; Mersmann et al., 2010; Perchepied et al., 2010; Proels et al., 2010; Chaouch et al., 2012). Dans la plupart des situations, une diminution de l’expression des NADP oxydases entraine une baisse de la production de ROS, ce qui altère la mise en place de la mort cellulaire mise en place pour bloquer la prolifération de l’agent pathogène (Marino et al., 2012). Alors que certains pathogènes, les nécrotrophes, bénéficient d’une production de ROS dépendante des NADPH oxydases pour se développer (Botrytis cinerea et Alternaria brassiciola ; Pogány et al., 2009; Asai et al., 2010), dans la majorité des cas la production de ROS se fait au détriment du pathogène car elle l’empêche de progresser (Marino et al., 2012). De l’ensemble de ces études, deux rôles se distinguent pour la production de ROS dépendantes des NADPH oxydases, (i) un rôle dans les défenses basales (ou principalement PTI pour « PAMP-triggered immunity ») qui limitent l’étendue de la maladie (Zhang et al., 2007; Galletti et al., 2008), et (ii) un rôle dans la reconnaissance spécifique d’effecteurs pathogènes qui provoque une réaction d’hypersensibilité entrainant la mort cellulaire, dans le but de bloquer la progression de l’agent pathogène et le détruire (Torres et al., 2002; Yoshie et al., 2002).

L’implication des ROS est généralement associée à des niveaux de NAD plus élevés suggérant une participation des voies de biosynthèse dans la réponse aux agents pathogènes (Ryrie & Scott, 1968; Dutilleul et al., 2003b). C’est ainsi que la surexpression d’une réductase NADPH-dépendante (NADPH-dépendante HC-toxine réductase), impliquée dans la neutralisation d’une toxine pathogène chez le riz, entraîne une forte élévation des teneurs en nucléotides à pyridine qui résulte de l’augmentation des activités NAD synthétase et NAD kinase, rendant la plante moins sensible à l’attaque de la bactérie pathogène produisant la toxine (Hayashi et al., 2005). Chez Arabidopsis thaliana, en conditions d’interactions compatibles ou incompatibles avec Pseudomonas syringae pv tomato, l’expression du gène NAD

kinase 1 est fortement induite, probablement pour permettre une synthèse de

NADPH dans le compartiment cytosolique (Berrin et al., 2005). Chez le tabac, les blessures provoquées par des ravageurs induisent la synthèse de nicotine, dérivé du NAD, laquelle est induite par une surproduction de QPT (Baldwin & Ohnmeiss, 1993; Sinclair et al., 2000). Un système inductible d’enrichissement en NAD en surproduisant la QPT d’Escherichia coli, nadC, chez Arabidopsis thaliana, a permis

91 de mettre en évidence l’implication d’une augmentation de la biosynthèse du NAD dans la résistance des plantes à Pseudomonas syringae pv. tomato-AvrRpm1 (Pst-AvrRpm1). Cette résistance dépendante du NAD est associée à l’induction de gènes marqueurs de la voie SA comme PR1 et ICS1 et une accumulation d’acide salicylique libre (Pétriacq et al., 2012; Pétriacq et al., 2013). Ces résultats sont en accord avec les travaux de Zhang et Mou qui ont montré qu’une application de NAD extracellulaire induit une meilleure résistance des plantes à Pseudomonas via une voie dépendante de l’acide salicylique (Zhang & Mou, 2009; Zhang & Mou, 2012). Dans l’étude menée sur les plantes surexprimant nadC, il a également été montré une forte induction des transcrits aspartate oxydase (AO) en réponse à l’infection par

Pst (Pétriacq et al., 2012). Ces observations sont corroborées par les données

fournies par Genevestigator qui montrent une régulation transcriptionnelle de l’enzyme en réponse à diverses infections bactériennes (Zimmermann et al., 2004). L’AO a sans doute une importance particulière dans la production de NAD en réponse aux stress biotiques puisqu’on retrouve cette enzyme au sein d’un cluster de gènes de résistance chez Phaseolus vulgaris (David et al., 2009). Récemment, le laboratoire de Cyril Zipfel a confirmé l’implication de l’AO dans la réponse des plantes à la bactérie phytopathogène Pst. Un mutant ADN-T de l’AO, appelé fin4 (pour « flagellin-insensitive 4 »), est sévèrement affecté dans l’accumulation de ROS en réponse à l’éliciteur flg22 chez Arabidopsis thaliana (Macho et al., 2012). L’AO est nécessaire à l’accumulation de ROS dépendante de la NADPH oxydase D requise pour la fermeture des stomates en réponse aux PAMP (Macho et al., 2012).

Le clivage du NAD participe aussi aux interactions plantes-agents pathogènes. C’est ainsi que chez un mutant d’insertion ADN-T Sirt2 d’une Sirtuine d’Arabidopsis thaliana, on observe l’induction de l’expression du gènes PR1 et des gènes de la voie de biosynthèse de l’acide salicylique (SA) comme PAD4, EDS5 ou

SID2, ce qui les rend plus résistances à l’infection par Pst (Buck et al., 2004; Wang et

al., 2010). A l’opposé, des plantes surproduisant Sirt2 montrent une plus grande sensibilité à Pst corrélée à une diminution des niveaux de SA. SIRT2, en consommant le NAD régulerait négativement les réponses basales des plantes en réponse à la bactérie phytopathogène Pst. D’autres résultats suggèrent un rôle de la polyADP-ribosylation (PAR) dans l’immunité des plantes. Par exemple, le traitement de plantules d’Arabidopsis thaliana par le 3-AB (3-aminobenzamide), un inhibiteur

92 des PARP, déclencherait l’induction des voies métaboliques secondaires liées aux réactions de défense ainsi que la production de ROS et un dépôt de callose en réponse à des effecteurs comme flg2 et efu18 (Adams-Phillips et al., 2010). Des mutants PARG d’Arabidopsis thaliana sont en outre plus sensibles à l’infection par

Botrytis cinerea, agent de la pourriture grise, en raison probablement de leur

limitation à recycler des polymères d’ADP-ribose en NAD (Adams-Phillips et al., 2010). Plusieurs études montrent une implication de la protéine AtNUDT7 codant une NUDIX hydrolase dans la résistance aux stress biotiques (Bartsch et al., 2006; Ge et al., 2007; Adams-Phillips et al., 2008). AtNUDT7 est une glycohydrolase disposant d’une activité ADP-ribose pyrophosphatase. Le mutant Atnudt7 est plus résistant à l’infection par Pst (Jambunathan et al., 2010) ainsi qu’à l’oomycète

Hyaloperonospora arabidopsidis (Bartsch et al., 2006). Cette résistance s’expliquerait

par le fait que le mutant nudt7 a des niveaux de NAD(P)H élevés et accumule des ROS, ce qui le rendrait davantage résistant aux agents pathogènes (Jambunathan et al., 2010). Une fois encore, ces résultats mettent en évidence l’impact négatif qu’exercent les enzymes de clivage du NAD sur la résistance des plantes aux stress biotiques.