Des dérivés d’acides gras dans la résistance des plantes aux attaques microbiennes : à la recherche d’acyle hydrolases impliquées dans la synthèse des oxylipines

The role of oxylipins in plant defense response against microbial pathogens: searching for the acyl hydrolases responsible for the synthesis of oxylipins

Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP) du CNRS, 12, rue du Général-Zimmer, 67084 Strasbourg Cedex, France

Résumé

Les plantes sont soumises constamment à des agressions multiples, provenant d’attaques par une grande variété de virus, bactéries, champignons, nématodes, ou encore d’herbivores. Face à cette pression, et devant l’impossibilité de fuir ces conditions hostiles, les plantes ont développé des systèmes de détection sophistiqués leur permettant d’opposer le plus souvent un état de résistance. L’agriculture a, de tous temps, cherché à associer aux qualités agronomiques des plantes cultivées les propriétés de résistance aux maladies de leurs parents sauvages. Les recherches actuelles visent une meilleure compréhension des mécanismes de défense naturels des plantes pour développer de nouvelles méthodes de lutte. Quand l’agresseur surmonte les barrières préexistantes à l’attaque, certaines plantes mettent en place, après une étape critique de reconnaissance, une cascade d’événements cellulaires complexes aboutissant à la résistance, et connue sous le nom de réaction d’hypersensibilité, ou RH (figure 1). La RH est caractérisée par la mort programmée des premières cellules infectées puis par l’induction d’altérations métaboliques intenses dans les tissus entourant les lésions nécrotiques [1]. Ces réponses de défense comprennent notamment : - un renforcement des parois végétales par le dépôt de polysaccharides, de composés phénoliques insolubles et de protéines; - la stimulation de voies métaboliques secondaires, certaines conduisant à la synthèse de composés antimicrobiens appelés phytoalexines; - la synthèse d’un large spectre de protéines de défense attaquant directement les structures du microorganisme, en général leurs parois ou membranes cellulaires. Cette superposition de réponses de la plante résulte généralement en un confinement de l’agent pathogène inducteur au niveau du site d’attaque [2]. Cette résistance locale est également accompagnée d’un phénomène appelé « résistance systémique acquise » (SAR) et procurant une protection durable, et à large spectre, à l’ensemble de la plante envers une infection secondaire. La perception spécifique par la plante d’un agresseur de type biotique (c’est-à-dire se nourrissant sur des cellules végétales vivantes) nécessite la présence simultanée d’un gène d’avirulence chez le parasite et celle d’un gène de résistance chez la plante (figure 1). En cas d’absence de l’un ou l’autre de ces gènes, la reconnaissance nécessaire à la RH n’a pas lieu, et la maladie se développe. D’autres types de microbes sont qualifiés de nécrotrophes, car leur stratégie de colonisation implique la secrétion de toxines et d’enzymes de macération qui tuent les cellules végétales et dégradent leurs structures avant de s’en nourrir. La reconnaissance de l’agresseur par l’hôte déclenche une série de processus cellulaires rapides incluant notamment des flux d’ions, des phosphorylations, et la production de formes activées de l’oxygène. Ces réponses ne seront pas décrites ici (revue in [3, 4]). La séquence précise des réactions déclenchant la mort cellulaire restemystérieuse, comme l’est la relation de cette mort avec la production de signaux secondaires de défense.

Abstract

Recent evidence suggested that oxidized lipid-derived molecules called oxylipins play important roles in inducible plant defense responses against microbial pathogens, as signals involved in the induction of sets of defense gene, as factors promoting host cell death, or by directly deterring parasite multiplication. The synthesis of oxylipins was thought to be dependent on the release of free fatty acids from membrane lipids, but the enzyme(s) responsible for such activity is (are) unkown. We first showed that in tobacco leaves reacting hypersensitively to tobacco mosaic virus, a strong increase in soluble PLA2 activity is induced before the accumulation of jasmonates, which are well characterized defense modulators. The protein bearing most of the enzymatic activity was isolated and identified as related to the patatin type of acyl hydrolases. Three cDNAs, that were called NtPat, were isolated and recombinant NtPAT1 and NtPAT3 proteins produced in Escherichia coli were shown to display high PLA1, PLA2, and galactolipase activity. A detailed study of the expression profile of NtPat-encoded PLA2 activity revealed that this response is specifically induced upon microbial attack, and is not a general response to stress. In some cases, we could correlate the induction of NtPat genes with the synthesis of jasmonates. Although NtPAT proteins are probably not located in the chloroplasts, the cellular site of the early jasmonate biosynthetic steps, they may contribute to a general breakdown of lipids occurring during pathogen-induced cell death and therefore provide fatty acid precursors for the synthesis of some oxylipins.