Crosstalks between Myo-Inositol Metabolism, Programmed Cell Death and Basal Immunity in Arabidopsis

BACKGROUND: Although it is a crucial cellular process required for both normal development and to face stress conditions, the control of programmed cell death in plants is not fully understood. We previously reported the isolation of ATXR5 and ATXR6, two PCNA-binding proteins that could be involved in the regulation of cell cycle or cell death. A yeast two-hybrid screen using ATXR5 as bait captured AtIPS1, an enzyme which catalyses the committed step of myo-inositol (MI) biosynthesis. atips1 mutants form spontaneous lesions on leaves, raising the possibility that MI metabolism may play a role in the control of PCD in plants. In this work, we have characterised atips1 mutants to gain insight regarding the role of MI in PCD regulation. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: - lesion formation in atips1 mutants depends of light intensity, is due to PCD as evidenced by TUNEL labelling of nuclei, and is regulated by phytohormones such as salicylic acid - MI and galactinol are the only metabolites whose accumulation is significantly reduced in the mutant, and supplementation of the mutant with these compounds is sufficient to prevent PCD - the transcriptome profile of the mutant is extremely similar to that of lesion mimic mutants such as cpr5, or wild-type plants infected with pathogens. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: Taken together, our results provide strong evidence for the role of MI or MI derivatives in the regulation of PCD. Interestingly, there are three isoforms of IPS in Arabidopsis, but AtIPS1 is the only one harbouring a nuclear localisation sequence, suggesting that nuclear pools of MI may play a specific role in PCD regulation and opening new research prospects regarding the role of MI in the prevention of tumorigenesis. Nevertheless, the significance of the interaction between AtIPS1 and ATXR5 remains to be established

RESISTANCE INDUITE CHEZ LES PLANTES ET METABOLISME DES PHENYLPROPANOIDES (ETUDE DE LA BIOSYNTHESE DE L'ACIDE SALICYLIQUE ET DU ROLE DE GLUCOSYLTRANSFERASES INDUITES PAR L'ACIDE SALICYLIQUE ET LES AGENTS PATHOGENES)

STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

UGT73B3 et UGT73B5, deux glycosyltransférases du métabolisme secondaire (rôle dans la résistance d'Arabidopsis thaliana à la bactérie Pseudomonas syringae pv. tomato)

Les métabolites secondaires (MSs) jouent des rôles importants dans les réponses de défense des plantes aux agents pathogènes. La conjugaison à un sucre est l'une des modifications les plus répandues qui contribue à la grande diversité et à la réactivité des MSs. Les réactions de glycosylation assurées par les glycosyltransférases (UGTs) sont impliquées dans des voies métaboliques, dans la régulation de signaux endogènes et dans le transport de métabolites. Au sein des UGTs du métabolisme secondaire d'Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), UGT73B3 et UGT73B5 sont nécessaires à la résistance de la plante à la bactérie avirulente Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst-AvrRpm1) et leur expression est fortement induite en réponse à des stress oxydatifs. Afin d'étudier l'implication de ces UGTs dans le statut redox cellulaire lors de la réaction d'hypersensibilité (HR) d'Arabidopsis à Pst-AvrRpm1, nous avons dans un premier temps effectué un profilage métabolique sur des tissus foliaires infectés par Pst-AvrRpm1 et sur leurs tissus adjacents non infectés chez des plantes sauvages Col-0 et chez des plantes déficientes en catalase (cat2), hyperaccumulatrices de formes activées de l'oxygènes (ROS). Nous mettons en évidence une organisation spatiale des MSs selon leurs différentes voies biosynthétiques dans, et autour du site d'infection. L'abondance des ROS influence à la fois les niveaux d'accumulation et les profils d'induction de ces molécules, indiquant que la distribution et l'accumulation différentielle de certains MSs est étroitement liée à l'état redox cellulaire lors de la HR. Dans un second temps, une analyse de l'accumulation in situ des ROS, des quantités de glutathion, d'ascorbate et des mesures de mort cellulaire chez les mutants d'insertion d'ADN-T, ugt73b3,ugt73b5 et ugt73b3/ugt73b5 indiquent qu'UGT73B3 et UGT73B5 participent à la régulation du statut redox et de la mort cellulaire lors de la HR à Pst-AvrRpm1. Des analyses in silico mettent en évidence que l'induction de l'expression des deux UGTs par des agents pathogènes est fortement liée au stress oxydatif. En parallèle, une approche par profilage métabolique a été mise en œuvre afin d'identifier les substrats d'UGT73B3 et UGT73B5 in planta. Bien que la nature de ces substrats n'ait pas été identifiée, les résultats suggèrent que les mutants ugt73b3 et ugt73b5 sont affectés au niveau de composés liés à l'état redox. Dans leur ensemble, nos résultats montrent qu'UGT73B3 et UGT73B5 participent à l'homéostasie redox cellulaire lors de la HR d'Arabidopsis à Pst-AvrRpm1, via la glycosylation de MSs probablement antioxydants.Secondary metabolites (SMs) play important roles in plant defense against pathogens. Conjugation to sugar moiety is one of the most widespread modifications that contribute to a great diversity, reactivity and regulation of SMs. Glycosylation ensured by glycosyltransferases (UGTs) is involved in endogenous signal regulation, metabolic pathways and metabolite transport. Within secondary metabolism UGTs of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), UGT73B3 and UGT73B5 are necessary for plant resistance to the avirulent bacteria Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst AvrRpm1), and their expression is highly induced under oxidative stresses. To investigate the involvement of these UGTs in cellular redox status during the hypersensitive response (HR) of Arabidopsis to Pst-AvrRpm1, we first performed metabolite profiling of Pst AvrRpm1-infected and adjacent uninfected leaf tissues in wild-type Col-0 and catalase-deficient (cat2) plants overaccumulating reactive oxygen species (ROS). We show a spatial organization of SMs within distinct pathways in, and around the infection site. ROS availability influences both the amount and the pattern of infection-induced metabolites accumulation, indicating that differential distribution and accumulation of SMs is tightly linked to cellular redox status during HR. Second, in situ localization of ROS accumulation, glutathione, ascorbate quantification, and cell death measurements performed on ugt73b3, ugt73b5 and ugt73b3/ugt73b5 T-DNA insertion mutants indicate that UGT73B3 and UGT73B5 participate in regulation of redox status and cell death during the HR to Pst-AvrRpm1. ln silico analyses highlight that the pathogen induced expression of both UGTs is strongly linked to oxidative stress. In parallel, a metabolic profiling approach was carried out to identify UGT73B3 and UGT73B5 substrates in planta. Although the nature of the substrates has not been characterized, the results indicate that ugt73b3 and ugt73b5 differ from wild-type plants in compounds linked to redox status. Altogether, our data reveal that UGT73B3 and UGT73B5 participate to cellular redox homeostasis during the HR of Arabidopsis to Pst-AvrRpm1, via the glycosylation of putative antioxidant SMsORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Résistance induite chez arabidopsis thaliana (la résistance à Fusariumoxysporum et la potentialisation des réponses de défense par le Phosphite.)

: Les plantes ont développé au cours de leur évolution un système d immunité innée constitué de barrières préformées et de réponses de défense induites contre les agents pathogènes. Ce travail s inscrit dans l étude des résistances induites chez Arabidopsis thaliana soit naturellement contre les agents pathogènes racinaires Fusarium oxysporum spp. (Fo), ou après application de phosphite (Phi), contre le parasite foliaire Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). Dans la première partie du travail, les rôles des métabolites secondaires (MS) et des formes réactives de l oxygène (ROS) dans les résistances racinaires basale et non-hôte, respectivement aux formes spéciales conglutinans (Foco) et melonis (Fom) de Fo, ont été analysés. Nous avons démontré la participation de la camalexine, une phytoalexine indolique, dans la résistance basale d Arabidopsis à Foco. En revanche, la scopolétine, une phytoalexine phénolique, et les ROS jouent des rôles essentiels dans la résistance non-hôte à Fom. Ces données soulignent le rôle clé des MS et des ROS dans les résistances hôte et non-hôte d Arabidopsis. Dans une deuxième partie de ce travail, le mode d action du Phi, un oxyanion de l acide phosphoreux (H3PO3) protégeant Arabidopsis contre l isolat Noco2 de Hpa, a été étudié. L effet de faibles doses de Phi est aboli chez des mutants d Arabidopsis affectés dans la voie de transduction du signal acide salicylique (SA) indiquant que l induction de résistance à Hpa est médiée par des mécanismes dépendants du SA. Le Phi potentialise les réponses de défense contre Hpa Noco2 via EDS1-PAD4, deux composants essentiels de la résistance basale, NPR1 et la protéine de défense PR1. L expression de la MAP kinase MPK4, un régulateur négatif de la résistance à Hpa, est diminuée par le Phi, lors de l inoculation par Hpa Noco2. Nos résultats démontrent que la potentialisation des réponses de défense par le Phi est associée à la régulation négative de MPK4.Plants have developed during their evolution an innate immunity system consisting of preformed barriers and induced defence responses against pathogens. This work studies resistances in Arabidopsis thaliana induced either naturally against the root pathogen Fusarium oxysporum spp. (Fo), or after application of phosphite (Phi) against the leaf pathogen Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). In a first part, roles of secondary metabolites (SM) and reactive oxygen species (ROS) in basal and non-host resistances of roots to the special forms conglutinans (Foco) and melonis (Fom) of Fo, respectively, were analyzed. We demonstrated the involvement of the indolic phytoalexin camalexin, in basal resistance of Arabidopsis to Foco. In contrast, the phenolic phytoalexin, scopoletin, and ROS play essential roles in non-host resistance to Fom. These data underscore the key role of MS and ROS in basal and non-host resistances of Arabidopsis. In a second part, the mode of action of Phi, an oxyanion of phosphorous acid (H3PO3) protecting Arabidopsis against the Hpa isolate Noco2 was studied. Effect of low doses of Phi is abolished in Arabidopsis mutants affected in salicylic acid (SA) signalling, indicating that induced resistance to Hpa is mediated by SA-dependent mechanisms. Phi primes defence responses against Hpa Noco2 via EDS1-PAD4, two essential components of basal resistance, as well as NPR1 and PR1. Expression of the MAP kinase MPK4, a negative regulator of resistance to Hpa, is decreased by Phi after inoculation with Hpa Noco2. Our results demonstrate that priming of defence responses by Phi is associated with down-regulation of MPK4.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Analyse fonctionnelle de gènes de glucosyltransférases chez Arabidopsis thaliana induits au cours des interactions plantes-pathogènes

Les plantes produisent un grand nombre métabolites secondaires qui contribuent aux réactions de défense contre les agents pathogènes. La conjugaison à un sucre est une des modifications les plus répandues de ces substances naturelles, et son importance physiologique est reconnue dans de nombreux processus comme la synthèse, l'accumulation ou le transport de nombreux composés. Ces réactions de glycosylation sont assurées par une famille d'enzymes, les glycosyltransférases (GTs), au nombre de 120 chez Arabidopsis thaliana. Une douzaine de GTs induites en conditions de stress ont été identifiées grâce à l'exploitation de données publiques de microarray. Ce travail a aussi permis de mettre en évidence une co-régulation à grande échelle des gènes du métabolisme secondaire, qui a été utilisée afin de prédire la fonction de GTs inconnues auparavant. Le profil d'expression des GTs inductibles a été confirmé par PCR en temps réel. Afin de caractériser leur fonction, une approche de génétique inverse a été développée et des mutants d'insertion étiquetés ont été isolés. En parallèle, un test sensible a été mis au point afin de tester leur résistance à l'encontre de deux agents pathogènes fongiques, Alternaria brasssicicola et Botrytis cinerea. Les tests de résistance des mutants contre divers agents pathogènes sont toujours en cours, mais ils ont déjà révélé que deux d'entre eux présentent une perte presque totale de la résistance contre une souche avirulente de la bactérie Pseudomonas syringae. Les perturbations métaboliques engendrées par chacune des mutations seront prochainement étudiées par le profilage métabolique des mutants correspondants.Plants produce a high number of secondary metabolites that contribute to defence reactions against their pathogens. Conjugation to sugar moiety is one of the most widespread modifications of these natural products, and its physiological importance is recognized in numerous processes like the biosynthesis, the storage or the transport of these compounds. These glycosylation reactions are ensured by glycosyltransferases (GTs), a family of enzymes encoded by 120 genes in Arabidopsis thaliana. Mining of publicly available microarray data was used to identify stress-inducible GTs and to evidence a large-scale co-ordination of gene expression in secondary metabolism pathways. This property was further exploited for the functional prediction of previously uncharacterized GTs and to address questions like metabolic pathway evolutionary mechanisms. A dozen of genes were induced in various stress conditions, the expression profile of which was confirmed by real-time PCR experiments. To investigate the function of pathogen-responsive GTs in plant defence, a reverse genetics approach was undertaken and T-DNA-tagged insertion mutants were isolated. In parallel, a sensitive method was developed to assess their resistance towards the two fungal pathogens Alternaria brasssicicola and Botrytis cinerea. Resistance assays on the mutant lines towards a range of pathogens are still under way, but they have already revealed that two of them exhibit an almost complete loss of resistance against an avirulent strain of the bacterium Pseudomonas syringae. In the near future, the metabolic changes caused by the mutations will be investigated using metabolic profiling.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Rôle de glycosyltransférases du métabolisme secondaire au cours des interactions plantes-agents pathogènes chez Arabidopsis thaliana

Les métabolites secondaires jouent des rôles importants dans les réponses de défense des plantes aux agents pathogènes. La conjugaison à un sucre est l'une des modifications les plus répandues qui contribuent à la grande diversité et à la réactivité de ces substances naturelles. Les réactions de glycosylation assurées par les glycosyltransférases (UGTs) sont impliquées dans des voies métaboliques, dans la régulation de signaux endogènes et dans le transport de métabolites. Chez Arabidopsis thaliana, les UGTs du métabolisme secondaire sont codées par 120 gènes, organisés en 14 groupes (A-N). Les UGTs du groupe D sont exprimées de manière différentielle au cours de la réaction d'hypersensibilité (HR) d'A. thaliana à une souche avirulente de Pseudomonas syringae pv. tomato et après traitement par des molécules de signalisation impliquées dans les réponses de défense. Au sein de ce groupe, nous avons identifié deux gènes d'intérêt, UGT73B3 et UGT73B5, fortement induits au cours de la HR et après traitement par l'acide salicylique et le peroxyde d'hydrogène. Les lignées d'insertion d'ADN-T, ugt73b3 et ugt73b5, présentent une perte de résistance à la souche avirulente de P. syringae. Une approche de profilage métabolique a été développée pour identifier les substrats de ces deux enzymes in planta. Bien que la nature de ces substrats n'ait pas été identifiée, les résultats suggèrent que les mutants ugt73b3 et ugt73b5 sont affectés au niveau de composés pariétaux. La similarité de séquence d'UGT73B3 et UGT73B5 avec une UGT de tabac intervenant dans la gestion du burst oxydatif au cours de la HR, suggère une implication de ces deux UGTs dans le maintien de l'homéostasie redox cellulaire.Secondary metabolites play important roles in plant defense against pathogens. Conjugaison to sugar moiety is one of the most widespread modifications that contribute to the great diversity and reactivity of these natural products. Glycosylation ensured by glycosyltransferases (UGTs) is involved in metabolic pathways, endogenous signal regulation and metabolite transport. In Arabidopsis thaliana, secondary metabolism UGTs are encoded by 120 genes, organised into 14 groups (A-N). Group D UGTs are differentially expressed during the hypersensitive response (HR) of A. thaliana to an avirulent strain of Pseudomonas syringae pv. tomato and after treatements with defense related signaling molecules. Within this group, we identified two genes, UGT73B3 and UGT73B5, which were highly induced during HR and after salicylic acid and hydrogen peroxide treatements. ugt73b3 and ugt73b5 T-DNA insertion lines, exhibit a loss of resistance to P. syringae avirulent strain. A metabolic profiling approach was carried out to identify UGT73B3 and UGT73B5 substrates in planta. Although the nature of the substrates has not been identified, the results indicate that ugt73b3 and ugt73b5 differ from wild type plants in cell wall-bound compounds. UGT73B3 and UGT73B5 are closely related to a tobacco UGT involved in the control of oxidative burst during HR, suggesting that these two UGTs may also be involved in the maintenance of cellular redox homeostasis.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Pathogen-Responsive Expression of Glycosyltransferase Genes UGT73B3 and UGT73B5 Is Necessary for Resistance to Pseudomonas syringae pv tomato in Arabidopsis

The genome sequencing of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) has revealed that secondary metabolism plant glycosyltransferases (UGTs) are encoded by an unexpectedly large multigenic family of 120 members. Very little is known about their actual function in planta, in particular during plant pathogen interactions. Among them, members of the group D are of particular interest since they are related to UGTs involved in stress-inducible responses in other plant species. We provide here a detailed analysis of the expression profiles of this group of Arabidopsis UGTs following infection with Pseudomonas syringae pv tomato or after treatment with salicylic acid, methyljasmonate, and hydrogen peroxide. Members of the group D displayed distinct induction profiles, indicating potential roles in stress or defense responses notably for UGT73B3 and UGT73B5. Analysis of UGT expression in Arabidopsis defense-signaling mutants further revealed that their induction is methyljasmonate independent, but partially salicylic acid dependent. T-DNA tagged mutants (ugt73b3 and ugt73b5) exhibited decreased resistance to P. syringae pv tomato-AvrRpm1, indicating that expression of the corresponding UGT genes is necessary during the hypersensitive response. These results emphasize the importance of plant secondary metabolite UGTs in plant-pathogen interactions and provide foundation for future understanding of the exact role of UGTs during the hypersensitive response

Characterization of electrical contact conditions in spot welding assemblies

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Microbial Siderophores Exert a Subtle Role in Arabidopsis during Infection by Manipulating the Immune Response and the Iron Status1[W]

Siderophores (ferric ion chelators) are secreted by organisms in response to iron deficiency. The pathogenic enterobacterium Erwinia chrysanthemi produces two siderophores, achromobactin and chrysobactin (CB), which are required for systemic dissemination in host plants. Previous studies have shown that CB is produced in planta and can trigger the up-regulation of the plant ferritin gene AtFER1. To further investigate the function of CB during pathogenesis, we analyzed its effect in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) plants following leaf infiltration. CB activates the salicylic acid (SA)-mediated signaling pathway, while the CB ferric complex is ineffective, suggesting that the elicitor activity of this siderophore is due to its iron-binding property. We confirmed this hypothesis by testing the effect of siderophores structurally unrelated to CB, including deferrioxamine. There was no activation of SA-dependent defense in plants grown under iron deficiency before CB treatment. Transcriptional analysis of the genes encoding the root ferrous ion transporter and ferric chelate reductase, and determination of the activity of this enzyme in response to CB or deferrioxamine, showed that these compounds induce a leaf-to-root iron deficiency signal. This root response as well as ferritin gene up-regulation in the leaf were not compromised in a SA-deficient mutant line. Using the Arabidopsis-E. chrysanthemi pathosystem, we have shown that CB promotes bacterial growth in planta and can modulate plant defenses through an antagonistic mechanism between SA and jasmonic acid signaling cascades. Collectively, these data reveal a new link between two processes mediated by SA and iron in response to microbial siderophores