[Soutenance de thèse] Nathalie Lacrampe : "Analyse du métabolisme et modélisation des flux dans des tiges de tomate infectées par Botrytis cinerea sous différentes disponibilités en azote", INRAE PACA UMR QualiSud, 19/05/22

Discipline

Biologie

Laboratoire

UR Plantes et Systèmes de culture Horticoles, INRAE PACA
UMR QualiSud, Avignon Université
 

Encadrement

• Raphaël Lugan, Directeur de thèse
• François Lecompte, Co-encadrant de thèse
• Sophie Colombié, Co-encadrante de thèse
   

Composition du jury de soutenance

• Mme. Marie-Christine SOULIÉ (Institut Jean-Pierre Bourgin - INRAE Versailles-Grignon), Rapporteuse
• Mr. Alain BOUCHEREAU (UMR 1349 IGEPP - INRAE Bretagne-Normandie - Agrocampus Ouest - Université de Rennes 1), Rapporteur
• Mr. Pierre PÉTRIACQ (UMR 1332 BFP - INRAE Bordeaux Nouvelle-Aquitaine), Examinateur
• Mme. Nadia BERTIN (UR 1115 PSH - INRAE PACA), Examinatrice
• Mr. Marc BARDIN (UR Pathologie Végétale - INRAE PACA), Examinateur
• Dr. Raphaël LUGAN (UMR Qualisud - Avignon Université), Directeur de thèse
• Dr. François LECOMPTE (UR 1115 PSH - INRAE PACA), Invité
• Dr. Sophie COLOMBIÉ (UMR 1332 BFP - INRAE Bordeaux Nouvelle-Aquitaine), Invitée

Résumé de la thèse

L’influence de la nutrition azotée des plantes sur l’intensité des épidémies causées par les champignons pathogènes est liée à des phénomènes multiples, dont les mécanismes sont encore mal connus. Il est cependant acquis que le métabolisme des tissus de la plante hôte, dont l’activité dépend de la disponibilité en azote, participe à la défense des plantes. L’objectif de ce travail était de comparer le métabolisme de plantes saines et de plantes infectées, en utilisant des gradients de nutrition azotée aboutissant à des niveaux variables de développement fongique, afin d’identifier les processus métaboliques favorables à la résistance. Le pathosystème étudié est la tige de tomate infectée par le champignon nécrotrophe Botrytis cinerea, qui constitue une des menaces microbiologiques les plus sérieuses pour la production agricole. Les plantes ont été cultivées à cinq niveaux de nutrition azotée, allant d’un déficit sévère (solution à 0.5 mM de NO3‒) à un excès (solution à 20 mM de NO3‒), avec des traitements intermédiaires (solutions à 2, 5 et 10 mM de NO3‒). Le développement des lésions a suivi une courbe asymptotique décroissante en fonction de la nutrition azotée, conformément à plusieurs expériences précédentes. Des échantillons de tige saines, exemptes de tissus fongiques, ont été récoltés en bordure des lésions, ou dans des zones équivalentes chez des plantes non inoculées, avant, et 2, 4 et 7 jours après l’inoculation.

Une analyse de transcription de gènes, ciblée sur le métabolisme des principaux sucres solubles (saccharose, glucose, fructose), a permis de montrer une expression différenciée des gènes codant pour les invertases, saccharose synthases, hexokinases, fructokinases et phosphofructokinases. En comparaison des plantes mock-inoculées, les plantes infectées par B. cinerea ont présenté à bas niveaux d’azote une répression de la majorité des gènes, tandis qu’ils ont été surexprimés à forte nutrition azotée. Un surcroit d’expression précoce d’un gène de saccharose synthase et de phosphofructokinase, qui semblent être spécifiquement induit par l’infection, a été observé chez les plantes les plus résistantes. Un profilage quantitatif et semi-quantitatif des métabolites primaires et secondaires a indiqué, chez les plantes très sensibles, des contrastes importants entre 0.5 mM et 5 mM d’apport de NO3‒ avec une évolution profonde du métabolisme, alors que les plantes moins sensibles, à forte nutrition azotée, ont présenté peu de molécules marqueurs de l’infection. Une analyse de la croissance des portions de tiges étudiées a montré une croissance en masse chez les plantes infectées, par rapport aux plantes saines, d’autant plus forte que l’azote était limitant. Cette croissance s’est cependant accompagnée d’une baisse (à 2 et 5 mM de NO3‒) ou d’une absence (à 0.5 mM de NO3‒) de l’accumulation de protéines qui semblent être nécessaires à la défense. Un modèle de flux métaboliques, de type flux balance analysis (FBA), a été développé puis contraint avec les données de croissance et les analyses métabolomiques quantitatives. Les flux calculés sont supérieurs au sein du métabolisme central chez les plantes infectées, avec en particulier une activité accrue du métabolisme azoté, de la glycolyse et de la voie des pentoses-phosphates, à carbone importé équivalent. Enfin, des profils hormonaux établis sur les échantillons ont montré des variations de concentrations des hormones associés à la réponse aux stress comme à la croissance. En particulier, suite à l’inoculation, une diminution précoce de la concentration en acide abscissique (ABA) est associée à la sensibilité.

En conclusion, ce travail illustre l’importance de l’adaptation du métabolisme et de ses déterminants (expression génique, signalisation hormonale) dans la réponse de tissus puits tels que les tiges, suite à l’infection par un champignon nécrotrophe, et souligne l’intérêt des approches combinées et intégrées d’expression de gènes, de métabolomique et de fluxomique pour l’analyse de l’interaction plante-pathogènes. Le stress azoté, qui modifie profondément le métabolisme constitutif ou induit après l’inoculation, est associé à des facteurs de sensibilité et au blocage apparent de certains mécanismes de défense. Mais nos résultats ne permettent pas d’exclure l’hypothèse d’une influence directe du champignon pour perturber les mécanismes de défense, d’une manière différenciée en fonction du niveau de nutrition azotée des plantes.