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Page de résumé pour ULgetd-02202008-162241

Auteur : Adam, Akram
E-mail de l'auteur : akramadam6@hotmail.com
URN : ULgetd-02202008-162241
Langue : Français/French
Titre : Elicitation de la résistance systémique induite chez la tomate et le concombre et activation de la voie de la lipoxygénase par des rhizobactéries non-pathogènes Elicitation of induced systemic resistance in tomato and cucumber and activation of the lipoxygenase pathway by non-pathogenic rhizobacteria
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences
Département : FS - Département des sciences de la vie
Jury :
Nom : Titre :
Barka, E. Membre du jury/Committee Member
Duby, F. Membre du jury/Committee Member
Evers, D. Membre du jury/Committee Member
Joris, B. Membre du jury/Committee Member
Ongena, M. Membre du jury/Committee Member
Portetelle, D. Membre du jury/Committee Member
Dommes, J. Président du jury/Committee Chair
Thonart, Ph. Promoteur/Director
Mots-clés :
  • Bacillus subtilis BC25
  • résistance systémique induite
  • lipoxygénase
  • Pseudomonas putida BTP1
  • lipopeptides
  • PGPR
Date de soutenance : 2008-01-31
Type d'accès : Public/Internet
Résumé :

Résumé

Certaines bactéries de la rhizosphère (PGPR, rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes) exercent un effet bénéfique sur la croissance des plantes en stimulant des mécanismes de défense inductibles chez l’hôte, rendant celle-ci moins susceptible vis-à-vis d’une infection ultérieure par un agent pathogène. Ce phénomène appelé résistance systémique induite (ISR) a été mis en évidence chez plusieurs plantes pour lutter contre une gamme relativement large de pathogènes fongiques, bactériens ou viraux. Cependant, les bases moléculaires des mécanismes de défense proprement dits stimulés lors de l’ISR restent assez méconnues malgré les nombreux travaux réalisés cette dernière décennie. Dans ce contexte, des souches de PGPR (Bacillus subtilis et Pseudomonas putida) capables de protéger certaines plantes via l’induction de l’ISR sont étudiées depuis plusieurs années au laboratoire. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous avons étudié l´effet protecteur de ces bactéries dans deux pathosystèmes différents, tomate/Botrytis cinerea et concombre/Colletotrichum lagenarium.

Nos résultats ont montré la capacité de P. putida BTP1 à induire l´ISR chez la tomate et le concombre sur base de la réduction des symptômes de maladie observée et sur base de la séparation spatiale des deux agents, bénéfique au niveau racinaire et pathogène au niveau foliaire. Cette résistance a été clairement associée avec la stimulation de la voie des oxylipines chez la tomate. L’induction de cette voie métabolique a d’abord été mise en évidence biochimiquement par une augmentation des activités lipoxygénase et lipide hydroperoxydase dans les feuilles des plantes traitées avec Pseudomonas. De plus, au niveau moléculaire, les analyses par northern blot nous ont permis d´identifier un nouvel isoforme de gène Lox chez la tomate qui est exprimé différentiellement chez les plants traités par la bactérie. Ce gène dénommé LoxF montre une homologie de 82% avec un des cinq isoformes connus chez cette plante, LoxC. LoxF est essentiellement surexprimé dans les feuilles de tomates pré-inoculées avec BTP1 suite à l´infection par le pathogène. Il en est de même pour l’activité enzymatique correspondante de la lipoxygénase qui n’augmente significativement chez les plants traités par rapport aux témoins qu’après infection par Botrytis. Ces résultats sous-entendent un phénomène de « priming » ou « mise en alerte » étroitement associé avec l’induction de résistance systémique chez les plantes. La reconnaissance de la bactérie au niveau racinaire met en alerte la plante sans que des bouleversements majeurs au niveau métabolique ou génétique ne soient observés. L’hôte réagit alors plus fortement et plus rapidement pour mettre en œuvre ses mécanismes de défense une fois le pathogène perçu.

Par biotest sur TLC et analyses HPLC, CPG et LC-MS, nous avons mis en évidence l’accumulation d’une molécule dans les feuilles de tomate prétraitées avec BTP1. Cette molécule semble être de nature apolaire mais non phénolique et ne correspond pas aux phytoalexines connues de la tomate. Des études complémentaires doivent être réalisées pour l’identifier chimiquement mais sa cinétique d’accumulation dans les tissus de la plante est étroitement associée à celle de la stimulation de la lipoxygénase. Elle pourrait donc dériver de cette voie métabolique.

Des réactions de défense similaires ont été observées suite au traitement avec Bacillus subtilis chez la tomate et ces essais ont permis de mettre en évidence le rôle des lipopeptides produits en tant qu’éliciteurs impliqués dans l’induction du phénomène de l’ISR par cette souche. Par contre, bien que les deux souches soient capables d’induire la résistance chez le concombre, aucune accumulation claire de phytoalexines ni de stimulation significative de la voie de la lipoxygénase n’ont pu y être associées chez cette plante. Globalement, nos résultats suggèrent que les voies métaboliques activées dans le cadre de l’ISR varient en fonction de l’espèce végétale même si le microorganisme inducteur est identique.

Abstract

Some plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are able to stimulate inducible defence mechanisms that render the host plant less susceptible to a subsequent pathogen attack. This phenomenon called induced systemic resistance (ISR) can occur in several plant species against a wide range of bacterial, viral and fungal pathogens. Despite extensive work carried out this last decade, many aspects of the molecular basis underlying this rhizobacteria-mediated ISR remain unclear. In this context, Bacillus subtilis and Pseudomonas putida strains able to protect plants via induction of ISR have been studied for several years in our laboratory. In this thesis, we first aimed at evaluating the protective effect of these strains in different pathosystems and second at identifying the associated defence mechanisms.

Our results showed the capacity of P. putida BTP1 to induce ISR in the tomato/Botrytis cinerea and cucumber/Colletotrichum lagenarium pathosystems on the basis of reduction of disease symptoms and on the basis of the spatial separation of the two agents, beneficial at the root level and pathogenic at the leaf level. This resistance was clearly associated the stimulation of the oxylipin pathway in tomato. The induction of this metabolic pathway was evidenced biochemically by an increase in the lipoxygenase and lipid hydroperoxydase activities in the leaves of plants treated with Pseudomonas compared to controls. Moreover, at the molecular level, northern blot analyses enabled us to identify a new isoforme of Lox gene in tomato which is expressed differentially in plants treated with the bacterium. This gene called LoxF shows a homology of 82% with one of the five isoformes known in this plant, LoxC. LoxF is mainly expressed in tomato leaves pre-inoculated with BTP1 after infection by pathogen. The same applies for the lipoxygenase enzyme activity which increases significantly in treated plants only after infection by Botrytis. These results imply a phenomenon of "priming" closely associated with the systemic resistance induction in plants. The recognition of the bacterium at the root level primes the plant but in most cases major changes at the metabolic or genetic level are not observed. The host then reacts more strongly and more quickly to express defence mechanisms once the pathogen is perceived. In addition, by combining the use of TLC-based biotests and analytical methods such as HPLC, CPG and LC-MS analyses, we highlighted the accumulation of a molecule in BTP1-pretreated tomato leaves. This molecule seems to be of a non-polar nature but not phenolic and does not correspond to any phytoalexin known in tomato. Complementary studies must be carried out to identify its structure but its kinetic of accumulation in the plant tissues is closely associated with the stimulation of the lipoxygenase enzyme. It could thus derive from this metabolic pathway.

Similar defence reactions were observed in tomato following treatment with Bacillus subtilis and through these tests, we also highlighted the role of some lipopeptides produced by this strain as elicitors responsible for the induction of the ISR phenomenon. On the other hand, although the two strains are able to induce resistance in cucumber, no clear accumulation of phytoalexins nor of significant stimulation of the lipoxygenase pathway could be associated with disease reduction in this plant. All together, our results suggest that the metabolic pathways activated during ISR vary in function of the plant and pathogen species even if the inducing micro-organism is identical.

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