Voies de signalisations

3.2.1. La signalisation calcique

Chez les animaux comme chez les plantes, la reconnaissance d’un agent pathogène conduit à une série de signalisation, notamment la signalisation via les ions calcium (Ca2+). Lorsque la plante n’a pas subi de stress, les niveaux de Ca2+ sont élevés dans les réservoirs de Ca2+ comme l'apoplaste, les mitochondries, la vacuole et le RE (environ 1 mM) et très faibles dans le cytosol (environ 0,0001 mM). En réponse à la présence d’un stress abiotique ou

via les canaux calciques avant d’être à nouveau rapidement exportés vers ces réservoirs par des ATPases qui pompent le Ca2+ (Ma et Berkowitz, 2007 ; Ma et al., 2009 ; Verret et al., 2010). Ceci crée une vague de calcium qui déclenche des réactions dans la cellule concernée, mais qui peut aussi être propagée vers les cellules voisines et même à plus longue distance. Dans les cellules animales comme végétales, le Ca2+ joue un rôle physiologique clé en tant que second messager intracellulaire (Dodd et al., 2010 ; Kudla et al., 2010).

Lorsque les insectes comme des chenilles blessent la plante avec leur appareil buccal de type broyeur, un afflux de Ca2+ est rapidement généré dans le cytosol des cellules de la zone blessée. Il a été montré que ces signaux de Ca2+ se propagent sur la feuille attaquée. Cela conduit à une forte dépolarisation du potentiel transmembranaire dépendant du Ca2+ dans la zone blessée suivie d'une hyperpolarisation de ce même potentiel à proximité immédiate de cette zone et d'une dépolarisation constante à des distances supérieures à 6-7 mm. Un rôle important de la sécrétion orale des insectes broyeurs dans l’induction de ces fluctuations du Ca2+ a également été démontré. En effet, ces sécrétions peuvent contenir soit des effecteurs qui atténuent les réactions de défense de la plante face aux blessures causées, soit des éliciteurs qui, une fois reconnus par la plante, induisent des variations de Ca2+ dans le cytosol (Arimura et Maffei, 2010).

La situation est différente pour les insectes piqueur-suçeurs, comme les pucerons. Ces derniers ont un comportement alimentaire qui engendre beaucoup moins de lésions sur les plantes par rapport à un comportement d’insecte broyeur. Dans leur cas, il semble que certaines molécules contenues dans la salive, ou libérées par la plante lors de l’alimentation, jouent un rôle dans l’interaction. De nombreux résultats indiquent que la signalisation Ca2+ joue aussi un rôle dans les interactions plantes-pucerons. La majorité des études montrent qu’après une infestation de pucerons, une hausse de la régulation des gènes des plantes liés à la signalisation Ca2+ est observée (Foyer et al., 2015 ; Vincent et al., 2017). Par exemple, l'alimentation de M. persicae provoque des dépolarisations de la membrane plasmique dans les cellules du mésophylle d'Arabidopsis thaliana (A. thaliana) (Bricchi et al., 2012). De même, des flux de Ca2+ ont été identifiés dans les cellules de Nicotiana tabacum après infestation par M. persicae (Ren et al., 2014). Il a été suggéré que le rôle majeur du Ca2+ dans les interactions plantes-pucerons serait au niveau du phloème où il bloque la circulation de la sève, coupant ainsi les pucerons de leur source d’alimentation (Furch et al., 2009; Kauss et

évidence récemment et impliquerait les réactions de défenses de la plante après génération de piqûres de pucerons (Vincent et al., 2017). La propagation systémique du signal induit par la piqûre et la libération de Ca2+ conduirait à une activation des défenses de la plante comme rapporté pour d’autres stress (Kadota et al., 2015). La signalisation du Ca2+ est étroitement liée à la signalisation médiée par les ROS et agit sur les mécanismes contrôlant les gènes de défense des plantes. L’ensemble de ces éléments indique que la signalisation Ca2+ est un mécanisme favorisant la résistance des plantes face aux insectes dont les pucerons.

3.2.2. La signalisation ROS

Les cellules végétales utilisent les ROS, comme molécules de signalisation pour contrôler de nombreux processus biologiques dont l’infestation par des agents pathogènes (Torres et Dangl, 2005). La signalisation par les ROS agit en tant que messager secondaire localement et systémiquement pour déclencher des réponses immunitaires (Lamb et Dixon, 1997 ; Suzuki et al., 2011). Pendant la PTI et l'ETI, la production de ROS dépend principalement des nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) oxydases respiratory burst oxidase homolog (RBOH) (Dangl et al., 2013). Ces enzymes génèrent des ions superoxyde (O2-) diffusés dans l’apoplaste qui dismutent rapidement en peroxyde

d'hydrogène (H2O2) et en dioxygène (Sumimoto, 2008 ; Suzuki et al., 2011).

La perception des agents pathogènes par les cellules végétales conduit à une production rapide, spécifique et forte de ROS, qui dépend principalement de RBOHD et RBOHF (Kadota et al., 2014; Segonzac et al., 2011). Ces deux gènes détiennent un rôle important dans la signalisation et agissent en synergie lors des réponses physiologiques activées par le système immunitaire de la plante (Suzuki et al., 2011). RBOHD et RBOHF sont majoritairement contrôlés par la liaison directe de Ca2+ à leurs motifs EF-hands et par leur phosphorylation via des protéines kinases dépendantes du Ca2+ (Boudsocq et al., 2010 ; Ogasawara et al., 2008).

Des études ont permis d’identifier que la signalisation ROS, produite par la NADPH oxydase RBOHD, était impliquée dans le contrôle de l'infestation par le puceron M. persicae. Le H2O2 qu’elle génère favorise le dépôt de callose et contribue ainsi à l'occlusion du

phloème et aux défenses des plantes contre M. persicae. Les ROS pourraient également affecter d'autres mécanismes de signalisation et de défense (Louis et Shah, 2013).

Les plantes emploient diverses réponses médiées par les phytohormones pour se défendre contre les agents pathogènes et les herbivores. De nombreuses recherches ont démontré qu'au moins trois phytohormones, l'acide salicylique (AS), l'acide jasmonique (AJ), et l'éthylène (ET), jouent un rôle majeur dans la mise en place des réponses de défense des plantes (Bari et Jones, 2009 ; Pieterse et al., 2012). En général, la signalisation AS est essentielle pour les réponses de défense contre un large éventail d'agents pathogènes, y compris les virus (Carr et al., 2010 ; Glazebrook, 2005) tandis que la signalisation de AJ et d’ET, est impliquée dans la régulation de la réponse des plantes aux insectes herbivores, dont les pucerons (Glazebrook, 2005 ; Howe et Jander, 2008).

La voie de l’AJ intervient dans la résistance contre M. persicae. En effet, Ellis et al. (2002) ont identifié que des plantes contenant des niveaux plus élevés en AJ étaient plus résistantes à M. persicae. De plus, l’AJ est connu pour favoriser l'accumulation de métabolites dans Arabidopsis comme la phytoalexine, la camalexine et le N-acétylornithine, qui sont préjudiciables à M. persicae (Adio et al., 2011 ; Zhou et al., 1999).

La production d'ET est élevée dans les plantes infestées de pucerons (Argandoña et al., 2001 ; Mantelin et al., 2009). Différents travaux ont prouvé que la signalisation de l'ET est impliquée dans l'expression de gènes favorisant la résistance à M. persicae. Par exemple, dans le melon, Anstead et al. (2010) ont mis en évidence que l'expression de la voie de l'ET et des gènes de réponse était fortement régulée à la hausse en présence de pucerons sur des plants résistants, résistance assurée par le gène Vat. Ce résultat suggère que la signalisation de l'ET joue un rôle dans l’induction de la résistance médiée par Vat. De même, la signalisation de l'ET est nécessaire chez Arabidopsis pour la résistance induite par la harpine, protéine élicitrice stimulant les défenses de plantes, contre M. persicae. Le traitement harpine limite l'installation d'insectes, leur alimentation et leur fécondité sur Arabidopsis (Fu et al., 2014; Liu et al., 2010).