(Homo)glutathione Deficiency Impairs Root-knot Nematode Development in Medicago truncatula

Root-knot nematodes (RKN) are obligatory plant parasitic worms that establish and maintain an intimate relationship with their host plants. During a compatible interaction, RKN induce the redifferentiation of root cells into multinucleate and hypertrophied giant cells essential for nematode growth and reproduction. These metabolically active feeding cells constitute the exclusive source of nutrients for the nematode. Detailed analysis of glutathione (GSH) and homoglutathione (hGSH) metabolism demonstrated the importance of these compounds for the success of nematode infection in Medicago truncatula. We reported quantification of GSH and hGSH and gene expression analysis showing that (h)GSH metabolism in neoformed gall organs differs from that in uninfected roots. Depletion of (h)GSH content impaired nematode egg mass formation and modified the sex ratio. In addition, gene expression and metabolomic analyses showed a substantial modification of starch and γ-aminobutyrate metabolism and of malate and glucose content in (h)GSH-depleted galls. Interestingly, these modifications did not occur in (h)GSH-depleted roots. These various results suggest that (h)GSH have a key role in the regulation of giant cell metabolism. The discovery of these specific plant regulatory elements could lead to the development of new pest management strategies against nematodes

Analyse des mécanismes de défense de la carotte (Daucus carota) face au champignon pathogène Alternaria dauci, responsable de l'alternariose ou brûlure foliaire

Carrot is the most widely consumed root vegetable worldwide. Carrot production is strongly impacted by various diseases, including Alternaria leaf blight. This disease, caused by the necrotrophic fungus Alternaria dauci, is regarded as the most prejudicial carrot foliar disease. An important goal for carrot breeders is the enhancement of cultivars resistance towards strong and durable levels. This enhancement implies cumulating different partial resistances in one genotype. Understanding the mechanisms of Alternaria leaf blight partial resistance will help developing such strategies. In order to address this question, we developed a three pronged strategy. First, we explored the implication of carrot defense metabolites in partial resistance towards A. dauci. We showed that falcarindiol had a stronger inhibiting effect on fungal growth than 6-methoxymellein (6-MM). Moreover, there is more falcarindiol, and 6-MM accumulates more strongly after inoculation in the resistant genotype (Bolero) than in the susceptible one (Presto). These defense molecules could slow down the fungus development and thus take part in resistance. In one second part, we explored plant cell resistance towards fungal metabolites. This resistance, tested in liquid cultures amongst several cultivars (cell viability, somatic embryogenesis and enzymatic activity), shows a good correlation with the resistance levels of whole plants towards the fungus. Disease resistant genotypes showed moderate (K3) to strong (I2) fungal metabolites resistance. Thus, carrot Alternaria blight resistance mechanisms seem to include toxin resistances. In the final chapter, we explored the role of defense mechanisms in carrot partial resistance. Our first results indicate the implication of the jasmonates pathway, in particular through the overexpression of the PR4 gene in the resistant genotype K3, but not I2. In addition we explored polymorphic sites (SNP) in the sequences of four defense genes. Two genes (PAL, GLP) have a sequence polymorphism between genotypes. In the case of GLP, the SNPs highlighted allow to differentiate a susceptible genotype (H1) from the K3 genotype. During this work, we uncovered different aspect of carrot partial resistance. In particular we can hypothesize that two genotypes (I2 and K3), reach an equivalent partial resistance level, through two quite distinct mechanisms. Beyond the use for a faster breeding of carrot for resistance, these results have more basic implications, as partial resistance mechanisms are still poorly understood, including model plant pathogen interactions.La carotte, légume racine le plus consommé au monde, voit sa production fortement impactée par diverses maladies dont la brûlure foliaire. Cette maladie, provoquée par le champignon nécrotrophe Alternaria dauci, est considérée comme la plus préjudiciable des maladies foliaires de la carotte. Développer des variétés présentant un niveau de résistance fort et durable à cette maladie est l'un des objectifs principaux des sélectionneurs, notamment en cumulant différentes résistances partielles dans un même génotype. Afin d'optimiser un tel cumul, il est nécessaire de comprendre les mécanismes associés à ces résistances. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'implication de métabolites de défense produits par la carotte dans la résistance partielle de la plante à A. dauci. Nous avons montré un effet inhibiteur de la 6- méthoxymelléine (6-MM) et du falcarindiol, sur le développement du champignon. Cet effet est plus important avec le falcarindiol. De plus, la teneur en falcarindiol est supérieure chez le génotype résistant (Boléro) en comparaison avec le génotype sensible (Presto) et, suite à l'inoculation de la plante par A. dauci, la 6-MM s'accumule de façon plus importante dans les feuilles du génotype résistant. Ces molécules de défense pourraient ralentir le développement du champignon et participer ainsi à la résistance. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'effet de métabolites toxiques produits par le champignon sur des cultures cellulaires de carotte. Nos résultats montrent une corrélation entre le comportement des cellules traitées (viabilité cellulaire, embryogenèse somatique et activité enzymatique) et la sensibilité/résistance des génotypes évaluée au niveau de la plante entière. Parmi les génotypes les plus résistants au champignon, le génotype I2 résiste mieux à l'application d'extraits fongiques que le génotype K3. Ainsi, la résistance partielle de la carotte face à A. dauci semble inclure des résistances aux toxines. Dans le dernier chapitre, nous avons recherché un lien entre la résistance partielle et les mécanismes de défense de la plante, en particulier ceux liés à la voie des jasmonates. Nos premiers résultats montrent la surexpression du gène PR4 chez le génotype résistant K3, comparativement aux autres génotypes, y compris I2. Nous avons par ailleurs recherché des sites polymorphes (SNP) dans les séquences de quatre gènes de défense. Deux gènes (PAL, GLP) présentent un polymorphisme de séquence entre génotypes. Dans le cas de GLP, les SNPs mis en évidence permettent de différencier un génotype sensible (H1) du génotype K3. L'ensemble de ces résultats semble indiquer la présence d'une diversité des modalités de la résistance partielle de la carotte face à A. dauci. Ainsi, la résistance aux toxines semble jouer un rôle plus important chez I2 que chez K3. Inversement, la résistance de K3, et non celle de I2, semble impliquer la voie des jasmonates. Audelà de leur application en amélioration, ces travaux jettent une lueur sur les mécanismes de la résistance partielle, mécanismes encore très peu connus, même parmi les interactions modèles

Analyse des mécanismes de défense de la carotte (Daucus carota) face au champignon pathogène Alternaria dauci, responsable de l'alternariose ou brûlure foliaire

La carotte, légume racine le plus consommé au monde, voit sa production fortement impactée par diverses maladies dont la brûlure foliaire. Cette maladie, provoquée par le champignon nécrotrophe Alternaria dauci, est considérée comme la plus préjudiciable des maladies foliaires de la carotte. Développer des variétés présentant un niveau de résistance fort et durable à cette maladie est l'un des objectifs principaux des sélectionneurs, notamment en cumulant différentes résistances partielles dans un même génotype. Afin d'optimiser un tel cumul, il est nécessaire de comprendre les mécanismes associés à ces résistances. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'implication de métabolites de défense produits par la carotte dans la résistance partielle de la plante à A. dauci. Nous avons montré un effet inhibiteur de la 6- méthoxymelléine (6-MM) et du falcarindiol, sur le développement du champignon. Cet effet est plus important avec le falcarindiol. De plus, la teneur en falcarindiol est supérieure chez le génotype résistant (Boléro) en comparaison avec le génotype sensible (Presto) et, suite à l'inoculation de la plante par A. dauci, la 6-MM s'accumule de façon plus importante dans les feuilles du génotype résistant. Ces molécules de défense pourraient ralentir le développement du champignon et participer ainsi à la résistance. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'effet de métabolites toxiques produits par le champignon sur des cultures cellulaires de carotte. Nos résultats montrent une corrélation entre le comportement des cellules traitées (viabilité cellulaire, embryogenèse somatique et activité enzymatique) et la sensibilité/résistance des génotypes évaluée au niveau de la plante entière. Parmi les génotypes les plus résistants au champignon, le génotype I2 résiste mieux à l'application d'extraits fongiques que le génotype K3. Ainsi, la résistance partielle de la carotte face à A. dauci semble inclure des résistances aux toxines. Dans le dernier chapitre, nous avons recherché un lien entre la résistance partielle et les mécanismes de défense de la plante, en particulier ceux liés à la voie des jasmonates. Nos premiers résultats montrent la surexpression du gène PR4 chez le génotype résistant K3, comparativement aux autres génotypes, y compris I2. Nous avons par ailleurs recherché des sites polymorphes (SNP) dans les séquences de quatre gènes de défense. Deux gènes (PAL, GLP) présentent un polymorphisme de séquence entre génotypes. Dans le cas de GLP, les SNPs mis en évidence permettent de différencier un génotype sensible (H1) du génotype K3. L'ensemble de ces résultats semble indiquer la présence d'une diversité des modalités de la résistance partielle de la carotte face à A. dauci. Ainsi, la résistance aux toxines semble jouer un rôle plus important chez I2 que chez K3. Inversement, la résistance de K3, et non celle de I2, semble impliquer la voie des jasmonates. Audelà de leur application en amélioration, ces travaux jettent une lueur sur les mécanismes de la résistance partielle, mécanismes encore très peu connus, même parmi les interactions modèles.Carrot is the most widely consumed root vegetable worldwide. Carrot production is strongly impacted by various diseases, including Alternaria leaf blight. This disease, caused by the necrotrophic fungus Alternaria dauci, is regarded as the most prejudicial carrot foliar disease. An important goal for carrot breeders is the enhancement of cultivars resistance towards strong and durable levels. This enhancement implies cumulating different partial resistances in one genotype. Understanding the mechanisms of Alternaria leaf blight partial resistance will help developing such strategies. In order to address this question, we developed a three pronged strategy. First, we explored the implication of carrot defense metabolites in partial resistance towards A. dauci. We showed that falcarindiol had a stronger inhibiting effect on fungal growth than 6-methoxymellein (6-MM). Moreover, there is more falcarindiol, and 6-MM accumulates more strongly after inoculation in the resistant genotype (Bolero) than in the susceptible one (Presto). These defense molecules could slow down the fungus development and thus take part in resistance. In one second part, we explored plant cell resistance towards fungal metabolites. This resistance, tested in liquid cultures amongst several cultivars (cell viability, somatic embryogenesis and enzymatic activity), shows a good correlation with the resistance levels of whole plants towards the fungus. Disease resistant genotypes showed moderate (K3) to strong (I2) fungal metabolites resistance. Thus, carrot Alternaria blight resistance mechanisms seem to include toxin resistances. In the final chapter, we explored the role of defense mechanisms in carrot partial resistance. Our first results indicate the implication of the jasmonates pathway, in particular through the overexpression of the PR4 gene in the resistant genotype K3, but not I2. In addition we explored polymorphic sites (SNP) in the sequences of four defense genes. Two genes (PAL, GLP) have a sequence polymorphism between genotypes. In the case of GLP, the SNPs highlighted allow to differentiate a susceptible genotype (H1) from the K3 genotype. During this work, we uncovered different aspect of carrot partial resistance. In particular we can hypothesize that two genotypes (I2 and K3), reach an equivalent partial resistance level, through two quite distinct mechanisms. Beyond the use for a faster breeding of carrot for resistance, these results have more basic implications, as partial resistance mechanisms are still poorly understood, including model plant pathogen interactions.ANGERS-BU Lettres et Sciences (490072106) / SudocSudocFranceF

Evaluation of the ability of antioxidants to counteract lipid oxidation: existing methods, new trends and challenges

Correspondance: [email protected] audienceOxidative degradation of lipids, especially that induced by reactive oxygen species (ROS), leads to quality deterioration of foods and cosmetics and could have harmful effects on health. Currently, a very promising way to overcome this is to use vegetable antioxidants for nutritional, therapeutic or food quality preservation purposes. A major challenge is to develop tools to assess the antioxidant capacity and real efficacy of these molecules. Many rapid in vitro tests are now available, but they are often performed in dissimilar conditions and different properties are thus frequently measured. The so-called ‘direct’ methods, which use oxidizable substrates, seem to be the only ones capable of measuring real antioxidant power. Some oxidizable substrates correspond to molecules or natural extracts exhibiting biological activity, such as lipids, proteins or nucleic acids, while others are model substrates that are not encountered in biological systems or foods. Only lipid oxidation and direct methods using lipid-like substrates will be discussed in this review. The main mechanisms of autoxidation and antioxidation are recapitulated, then the four components of a standard test (oxidizable substrate, medium, oxidation conditions and antioxidant) applied to a single antioxidant or complex mixtures are dealt with successively. The study is focused particularly on model lipids, but also on dietary and biological lipids isolated from their natural environment, including lipoproteins and phospholipidic membranes. Then the advantages and drawbacks of existing methods and new approaches are compared according to the context. Finally, recent trends based on the chemometric strategy are introduced as a highly promising prospect for harmonizing in vitro method

The physico-chemical basis of phenolic antioxidant activity

Predicting antioxidant activity in a given system is undoubtedly the“holy grail” of the academic and industrial research, especially for phenolics which are the most abundant and widespread antioxidants on earth. However, this tour de force necessitates knowing the physicochemical traits that govern the antioxidant activity, which is still out of reach. From a chemical standpoint, phenolic antioxidants are able to give electrons to reactive species such as free radicals (among others). This is the basis of their antioxidant properties that make the hype on polyphenols in the scientific literature. However, do we know exactly what make them poor or excellent antioxidants? This mini-review will discuss the complexity of factors determining the antioxidant activity of phenolics. Above all, we will ask some crucial questions nobody usually asks. Are reducers necessarily antioxidants? When studying the quantitative structure-activity relationship, do we take into account the antioxidant activity of the oxidation product(s) of phenolics? How can we predict antioxidant activity in natural multiphasic systems if most of the studies come from artificial homogenous solutions? Finally, we think that scientists are too focused on reactivity, whereas the physico-chemistry behind phenolic antioxidants may be rather the key to understand the hither to unknown antioxidant activity determinants