microorganismes pathogènes
Lors de l’infection, A. brassicicola est confronté à la présence de nombreux composés fongitoxiques qui ont des conséquences très diverses sur la biologie de l’agent pathogène. Les ITC provoquent ainsi un stress oxydatif interne via les mitochondries. Cependant ils ne sont pas la seule source de ce type de stress lors de l’interaction. Le choc oxydant est reconnu comme étant un mécanisme de défense consensus chez de nombreux organismes et les plantes en particulier lors de stress biotiques. Son origine peut être multiple et ses effets se font ressentir autant chez la plante hôte que chez le parasite.
3.1.Les formes actives d’oxygène
Parmi les mécanismes de défense des plantes, la production d’un choc oxydant (ou "burst" oxydatif) au point d’infection est une composante déterminante qui agit très tôt lors de l’interaction avec un parasite. Les agents chimiques à l’origine du stress oxydatif sont les FAO (ou ROS pour Réactive Oxygen Spécies) (tableau 1). Lors de l’établissement de la réponse à un stress biotique une forte accumulation de FAO a lieu en une ou deux phases selon le type d’interaction : compatible ou incompatible. La première phase qui est commune aux deux types d’interaction a lieu dès les premiers instants, la seconde n’est observée que lorsque l’interaction est incompatible environ 6 à 12h après détection de l’agent pathogène. Cette dernière est une des réponses les plus étudiées entre un pathogène et sa plante hôte (Torres et al., 2006). Elle constitue un élément clé du phénomène d’hypersensibilité (HR) qui permet le développement d’une lésion nécrotique localisée autour du site d’infection pour isoler l’agent pathogène (Parent et al., 2008).
Les principales FAO accumulées en réponse aux stress biotiques sont les ions superoxydes, le peroxyde d’hydrogène, et le radical hydroxyle. Ces derniers sont essentiels à la transduction du signal à l’origine de changements physiologiques majeurs, tels que l’acidification du pH intracellulaire ou encore l’activation d’enzymes de type kinases ou phospholipases.
Lors du burst oxydatif, la production de FAO est généralement attribuée à un complexe NADPH-oxydase (Nox) associé à la membrane plasmique (Torres et al., 2005). Elle est constituée de deux protéines membranaires formant le flavocytochrome hétérodimérique, contrôlé par trois protéines régulatrices cytosoliques, qui permettent l’activation du complexe au cours d’un stress (Bokoch, 1994). L’action d’une flavoprotéine dépendante du NADH, qui oxyde ce composé réduit en présence d’un ion fer est également rapportée (Vianello et al., 1990). Au cours de cette oxydation, la
| Contexte bibliographique 30 flavoprotéine, initialement sous forme réduite, est convertie en une forme radicalaire capable de réagir avec l’oxygène moléculaire et de former des ions superoxydes. Les mitochondries et les chloroplastes sont également des acteurs importants. La grande variété des types de stress suppose la mobilisation de multiples mécanismes de production des FAO, parmi lesquels les amines oxydases ou les peroxydases jouent certainement un rôle important (Parent et al., 2008). Le ·O2- produit est rapidement transformé soit non-enzymatiquement, soit par la superoxyde dismutase (SOD) en peroxyde d’oxygène (H2O2). En présence d’ions métalliques divalents (Fe2+), le H2O2 peut être transformé par la réaction de Fenton en OH., une molécule chimique très réactive.
Les différentes FAO produites sont impliquées dans les mécanismes de défense des plantes, soit de façon directe par action de leur forte toxicité sur les agents pathogènes, soit par activation de nombreuses voies métaboliques. Les FAO et en particulier l’H2O2 inhibent la croissance microbienne, induisent l’apoptose, servent de substrat à la lignification… Ce sont des molécules signales qui, diffusant rapidement à travers les membranes, régulent de nombreux gènes de défenses : protéines chaperones, Heat Shock Proteins (HSP), enzymes antioxydantes, ascorbate péroxidase (APX), glutatione-S-transferase (GST), gènes liés à la pathogénèse (PR) via l’acide salicylique (SA) (Zago et al.,
2005) ou la synthèse de phytoalexines. Il en résulte que lors de l’interaction avec un agent phytopathogène, la cellule végétale infectée répond par la néosynthèse et l’accumulation de FAO afin d’induire l’expression des gènes de défenses et de provoquer un stress oxydatif chez le parasite.
Le terme de stress oxydatif est employé lorsque le contenu en FAO dépasse le seuil de tolérance de la cellule, soit par une augmentation de la production de FAO, soit par une diminution de ses capacités de défense, soit par une entrée massive de FAO ou encore l’action combinée des trois cas de figure. Cette rupture de l’équilibre redox est à l’origine de dommages au niveau des structures et des fonctions biologiques. Les conséquences biologiques du stress oxydatifs sont très variables selon la dose et le type cellulaire. Dans le cas du choc oxydatif lors de l’interaction entre un parasite et sa plante hôte, le stress est relativement important. Son impact s’étend à l’échelle cellulaire provoquant des dégâts aussi bien chez le parasite que dans la cellule végétale (figure 8). L’action des FAO abouti a des lésions directes des molécules biologiques par oxydation de l’ADN, des protéines, des lipides, des glucides, mais aussi des lésions secondaires dues au caractère cytotoxique des métabolites libérés notamment lors de l’oxydation des lipides (figure 9) (Farmer et Davoine, 2007). Dans la majorité des cas, les dommages occasionnés par cet excès de FAO, s’ils ne sont pas rapidement limités, conduisent à la mort puis la lyse des cellules concernées.
Chez les champignons filamenteux l’exposition à de fortes concentrations de FAO lors de l’interaction avec une plante hôte conduit à la mort de l’organisme. Cependant les FAO sont
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également essentielles à leur fonctionnement lorsque leur concentration n’atteint pas un seuil létal.
Certains champignons ont, dans leur génome, des familles de gènes codant des NADPH-oxydases impliquées dans la production de FAO intracellulaires. Ces Nox fongiques sont essentielles à de nombreux processus physiologiques comme la production d’organe de reproduction sexuée chez
Aspergillus nidulans (Lara-Ortiz et al., 2003), la germination des ascospores chez Podospora anserina
(Malagnac et al., 2004) ou la croissance mycélienne lors de l’interaction plante/champignon chez M. grisea (Egan et al., 2007).
3.2.Les Isothiocyanates
L’analyse du transcriptome de ce phytopathogène en présence d’ITC a permis de mettre en évidence l’induction de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif notamment les gènes du cycle du glutathion (Sellam et al., 2007b). L’induction d’un stress oxydatif par les ITC chez
A. brassicicola a par la suite été confirmée à l’aide de sondes spécifiques de la présence des FAO
(figure 10). Ces composés de défenses des Brassicacées seraient capables de diffuser dans le milieu
intracellulaire fongique et générer un stress oxydatif par le biais des mitochondries. Cette hypothèse a été depuis lors vérifiée dans des cellules pancréatiques comme le démontre les récents travaux de Brown et al. (2010).
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