Les ROS comme molécules essentielles au contrôle de la HR

l’oxygène et sont produits tout au long de la vie de la plante (Figure 13A). Certains constituent des sous-produits toxiques provenant du métabolisme de la plante mais peuvent également être produits, à la manière des cellules animales, en réponse à des stress biotiques et abiotiques. Ces ROS sont impliqués dans le contrôle de la prolifération cellulaire et de la mort cellulaire, pour le développement et pour la réponse à des agresseurs. Dans le cas de la réponse à des agents pathogènes, les ROS jouent le rôle de composés antimicrobiens, participent au renforcement de la paroi en induisant des pontages oxydatifs de protéines et sont également considérés comme des molécules de signalisation (Gechev et Hille, 2005) (Figure 13B). La spécificité du message transmis par les ROS implique de nombreux facteurs comme l’identité chimique des ROS produits, l’intensité du signal, le site de production des ROS ou encore le stade de développement des plantes. Les formes de ROS les plus abondantes sont les ions superoxydes O2.- et le peroxyde d’hydrogène H2O2.

Les plantes ont développé des moyens de se protéger contre ces molécules (au moins 152 gènes sont impliqués dans la production et la détoxification des ROS chez Arabidopsis) (Mittler et al., 2004), afin d’ajuster les niveaux de ROS nécessaires à certains moments de la vie de la plante.

II.2.2.1. Implication des ROS lors de la HR

Au cours de l’interaction avec la majorité des agents pathogènes, un burst oxydatif biphasique est observé. Un premier pic, non spécifique de la réponse à un agent pathogène, est observé environ 15 minutes après la reconnaissance de l’agent pathogène. Un deuxième pic, observé uniquement en présence d’un agent pathogène avirulent, observé entre 4 et 6 heures, intervient juste avant la mise en place de la HR (Wojtaszek, 1997). Les changements de potentiel red-ox sont intégrés par la cellule ce qui se traduit par l’activation de programmes génétiques aboutissant à la mise en place de la HR. L’implication de l’ion superoxyde dans la régulation de la PCD a été montrée, notamment par l’étude du mutant

lsd1, mutant « lésions spontanées » de propagation affecté dans la régulation de la HR. Le

traitement de ce mutant avec l’ion superoxyde démontre que celui-ci est nécessaire et suffisant pour déclencher l’apparition des lésions (Jabs et al., 1996). Ce mutant présente également une accumulation de H2O2 accompagnée de la propagation des lésions (Mateo et

al., 2004). L’ion superoxyde est détecté au niveau du front de propagation des lésions. Lors

de l’interaction entre l’Orge et le nématode Blumeria graminis, l’ion superoxyde est détecté au niveau des cellules bordant les lésions HR (Trujillo et al., 2004). Cet ion jouerait donc le rôle de signal de mort qui serait perçu par les cellules qui activeraient les programmes de mise en place de la HR.

II.2.2.2. Implication des compartiments cellulaires et production

des ROS lors de la HR

Les sites multiples ainsi que les sources de production des ROS mettent en avant la complexité de ce réseau de régulation. Ceux-ci sont des produits issus du métabolisme de la plante et sont générés dans tous les compartiments cellulaires. En général, il existe un niveau basal au sein des cellules vivantes, niveau qui sera augmenté transitoirement ou de façon continue en réponse à des signaux développementaux ou en réponse à des stress. Les chloroplastes sont les sites majeurs de production des ROS chez les plantes (Foyer et Allen, 2003). La chaîne de transfert des électrons produit le O2.- puis le H2O2 via la

« Superoxyde Dismutase » (SOD). Les peroxysomes ainsi que les glyoxysomes sont également des sites de production de ces molécules. Au niveau de la mitochondrie où se déroule la respiration, des enzymes comme les NADPH oxydases conduisent à la production de O2.- et de H2O2 et constituent le lieu de production des ROS impliqués dans un grand

30

nombre de processus cellulaires comme l’adaptation à des stress et la PCD. L’apoplaste constitue également un lieu de production majeur de ces deux espèces, impliquant des NADPH oxydases associées au plasmalemme et des peroxydases. La production des ROS au niveau de ce compartiment est associée au « burst » oxydatif observé lors de la HR, mais également à la croissance cellulaire, au développement de la plante et à d’autres formes de PCD (Moller et al., 2007) .

La production de ROS lors de la mise en place de la HR implique majoritairement la réduction de l’oxygène par les NADPH oxydases (Rboh, pour Respiratory Burst Oxidase Homolog) (Figure 13). Ces enzymes ont été identifiées chez plusieurs espèces végétales dont Arabidopsis (Torres et al., 1998 ; Torres et al., 2002), le Tabac (Yoshioka et al., 2003) ou encore l’Orge (Trujillo et al., 2006). L’étude des mutants atrbohD et atrbohF chez

Arabidopsis montre que ces enzymes sont effectivement impliquées dans la synthèse des

ROS. Cependant, la corrélation entre la production des ROS et la mise en place de la HR n’est pas clairement établie. La protéine AtrbohD est responsable de la majorité de la production des ROS produites lors des réactions de défense, en comparaison avec AtrbohF. Cependant, les mutants correspondants présentent des phénotypes différents : le mutant

atrbohF présente une diminution de la HR plus importante que le mutant atrbohD en réponse

à des souches avirulentes de Pst et de Hyaloperonospora parasitica (Torp et Jorgensen, 1986 ; Torres et al., 2002). Ces protéines présentent des motifs de liaison au Ca2+ _{dans leur}

partie N-terminale, indiquant que celles-ci pourraient exercer un rôle situé en aval des flux de Ca2+ _{nécessaire à la mise en place de la HR. Cette hypothèse est appuyée par des résultats}

obtenus sur des cellules de Tabac traitées avec l’éliciteur cryptogéine. En réponse à cet éliciteur, et en présence de chélateur de Ca2+_{, la production de ROS est abolie (Lecourieux}

et al., 2002).

II.2.2.3. Production des ROS et signalisation

Les mécanismes par lesquels le message est transmis restent peu documentés. Contrairement aux ions superoxydes, le H2O2 est capable de diffuser à travers les

membranes et d’activer les réponses de défense. Une fois dans la cellule, l’un des effets majeurs de signalisation consiste en l’activation de cascades de signalisation impliquant des kinases. Chez Arabidopsis, la kinase AtMPK6 est activée par des traitements avec H2O2

(Yuasa et al., 2001). De plus, la kinase AtNDPK2 est également induite par des traitements avec H2O2 (Moon et al., 2003). En réponse à cette activation, les cascades de MAPK vont

réguler le statut redox de la cellule. Des résultats récents obtenus sur le Tabac démontrent que l’activation d’une cascade de MAPK impliquant SIPK, Ntf4 et WIPK induit la production de H2O2 au niveau des chloroplastes en inhibant la fixation du carbone. Cette inhibition se

traduit par un état d’excitation lumineuse excessif et a pour conséquence la production de INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE

ROS qui participeront à la mise en place de la HR (Liu et al., 2007). L’application de H2O2

sur des feuilles d’Arabidopsis induit l’activation et la stabilisation de AtMEKK1, qui elle-même active AtMPK4 aboutissant à la mise en place des réponses de défense. De plus, l’analyse du mutant mekk1 révèle une accumulation de ROS et des modifications de l’activation de gènes impliqués dans le contrôle de l’état red-ox de la cellule, se traduisant par un phénotype létal. Ces données indiquent une régulation de la production des ROS par cette kinase (Nakagami et al., 2006).

Les ROS apparaissent comme des molécules indispensables à la signalisation et à la mise en place de a HR. Les interactions des ROS avec d’autres molécules de signalisation comme l’oxyde nitrique (NO, pour Nitric Oxide), les messagers lipidiques ou encore les hormones, participent également à cette signalisation (Gechev et Hille, 2005). Cependant, même si des modèles du rôle biologique des ROS commencent à émerger, ce réseau de signalisation reste très complexe.