Deuxièmes Journées de Poitiers Le phloème dans tous ses

Transcription

Deuxièmes Journées de Poitiers
Le phloème dans tous ses états
2-3 avril 2012
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La Société Française de Biologie Végétale organise depuis de nombreuses années des
journées thématiques pour réunir des personnes autour d’un sujet touchant à la Biologie
Végétale.
Il y a huit ans, nous avions organisé une première journée thématique consacrée au
phloème. Le caractère pluridisciplinaire de cette journée avait attiré des chercheurs,
enseignants-chercheurs et étudiants de nombreux laboratoires. Cette journée avait permis de
mettre en avant les nouvelles techniques, notamment de transcriptomique et d’imagerie, qui
ont certainement conduit à une vision plus « complexe » du phloème.
L’aspect central du rôle du phloème dans les échanges nécessaires au développement
de la plante et de sa réponse aux changements de l’environnement a été confirmé par de
nombreuses études au cours de ces dernières années.
La première session permettra de faire un point sur les fonctions « classiques » du
phloème, lieu de transport et d’échange du carbone (sucres) et de l’azote (acides aminés) au
sein de la plante.
De nouvelles avancées, parfois liées à l’introduction de nouvelles techniques, ont été
réalisées sur la compréhension des mécanismes responsables du déplacement de la sève. La
session 2 permettra de faire le point sur ces avancées.
La session 3 sera consacrée à la formation du phloème et aux échanges de
macromolécules à travers les plasmodesmes.
La session 4 reviendra sur les interactions qui lient de nombreux pathogènes avec le
phloème des plantes.
Enfin nous terminerons par la séance 5 consacrée aux applications liées au tissu
phloémien et souvent oubliées, à savoir la production de fibres et de latex.
Nous tenons à remercier tous les conférenciers qui ont accepté de nous faire partager
leur point de vue et les partenaires qui ont permis la réalisation de cette journée dans un
contexte économique difficile pour la recherche. Ironie du sort, nous écrivions déjà cette
phrase en 2004…
Néanmoins nous tenons à remercier la Société Française de Biologie Végétale,
l’Institut National de la Recherche Agronomique (départements Biologie Végétale et Santé
des Plantes), l’UFR Sciences Fondamentales et Appliquées de l’Université de Poitiers et plus
particulièrement l’Institut de Biologie et Physiologie Cellulaires qui nous accueillent dans ses
murs, le Pôle de Compétitivité Végépolys, les sociétés Vilmorin et Dustcher et la Cave du
Haut Poitou qui nous fera déguster les vins locaux !
Enfin nous tenons à remercier les personnes qui localement ont participé localement à
l’organisation : Sylvie Clercy Morel, Nathalie Pourtau de Almeida, Maryse Laloi et Laurence
Maurousset et enfin l’équipe des thésards: Dany Mainson, Jonathan Parilla, Pauline Lemonier.
Nous remercions aussi Corine Enard pour son aide précieuse pour la création du site web du
colloque. Un grand merci également à Gisèle Cordillot, trésorière de la SFBV, pour son
travail bénévole.
Le Comité d’Organisation
Sylvie DINANT et Rémi LEMOINE
3
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Sommaire
Organisation des Journées 2-3 avril
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Liste des résumés
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Résumés
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Liste des participants
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Programme 2 & 3 avril 2012
Lundi 02 Avril 2012
Session I - Transport et métabolisme – Modérateur : Philippe Simier
• 14H00 Allocation des sucres- Rémi LEMOINE, CNRS Poitiers
• 14H30 Remobilisation de l’azote - Bertrand HIREL, INRA Versailles
• 15H00 Phloem, highway to N - Christophe SALON, INRA Dijon
Session V - Applications – Modératrice : Lise Jouanin
• 15H30 Lin et fibres cellulosiques - Simon HAWKINS, Université Lille
Session II - Flux de masse et biophysique du phloème – Modérateur : Rémi
Lemoine
• 16H30 Modélisation des relations sources-puits - André LACOINTE, INRA ClermondFerrand
• 17H00 Flux de masse dans les tubes criblés et outils de microfluidique - Denis RENARD,
INRA Nantes
Session III - Signalisation et Formation du phloème – Modératrice : Rossitza Atanassova • 17H30 Formation du phloème et patterning vasculaire - Rozenn LE HIR, INRA Versailles
• 18H00 Identité cellulaire et imagerie du phloème - Jean-Christophe PALAUQUI, INRA
Versailles
Session Poster
• 18H30 Posters
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Mardi 03 Avril 2012
Session Poster (suite)
• 8H30 Posters
Session III (suite) - Signalisation et formation du phloème – Modératrice : Rossitza Atanassova • 9H00 Plasmodesmes et traffic de macromolécules - Manfred HEINLEIN, CNRS Strasbourg
Session IV - Interactions pathogènes et ravageurs – Modératrice : Sylvie Dinant
• 9H30 Interactions Plantes - Pucerons et relations trophiques Plantes-puceronsendosymbiontes – Yvan RAHBE, INRA Lyon
• 10H00 Interactions Plantes - Phytoplasmes et synergies métaboliques - Joel RENAUDIN,
INRA Bordeaux
• 10H30 Interactions Plantes - Virus et colonisation systémique - Frédéric REVERS, INRA
Bordeaux
Session V - Applications (suite) – Modératrice : Lise Jouanin
• 11H30 Hévéa et production de latex - Valérie PUJADE, CIRAD
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Deuxièmes Journées de Poitiers
Le phloème dans tous ses états
Liste des Résumés
Session I - Transport et métabolisme
• TWENTY YEARS AFTER : SUCROSE UPTAKE IN THE PHLOEM, Rémi Lemoine…13
• IMPORTANCE OF THE PHLOEM IN THE PHYSIOLOGY AND SIGNALLING OF
NITROGEN ASSIMILATION, Bertrand HIREL……………………………………………14
• PHLOEM : HIGHWAY TO N, Christophe Salon………………………………………….15
Session II - Flux de masse et biophysique du phloème
• MODELISATION DES RELATIONS SOURCES-PUITS, André Lacointe………………16
• FLUX DE MASSE DANS LES TUBES CRIBLES ET OUTILS DE MICROFLUIDIQUE,
Denis Renard…………………………………………………………………………………18
Session III - Signalisation et Formation du phloème
• OVERVIEW OF THE MECHANISMS UNDERLYING PATTERNING OF PLANT
VASCULAR TISSUES, Rozenn Le HIR…………………………………………………….20
• IDENTITE ET IMAGERIE DU PHLOEME , Jean-Christophe Palauqui…………………21
• PLASMODESMATA, MACROMOLECULAR TRAFFICKING AND VIRUS
MOVEMENT, Manfred Heinlein…………………………………………………………….22
Session IV - Interactions pathogènes et ravageurs
• PHYTOPLASMES PHLOEME ET POUVOIR PATHOGENE, Joël Renaudin………….23
• INTERACTIONS PLANTES - VIRUS ET COLONISATION SYSTEMIQUE, Frédéric
Revers…………………………………………………………………………………….….25
• INTERACTIONS PLANTES-PUCERONS ET MECANISMES DE TOLERANCE:
COMPATIBILITE, PHLOEMOPHAGIE ET SYMBIOSE, Yvan Rahbé……………….….26
9
Session V - Applications
• FLAX FIBERS: SOME RECENT NEWS FROM AN OLD FRIEND, Simon
HAWKINS……………………………………………………………………………………28
• LE SYSTEME LATICIFERE DE L’HEVEA : UNE « USINE VERTE » SPECIALISEE
DANS LA PRODUCTION DE CAOUTCHOUC, Valérie Pujade-Renaud..….….…………29
Session de Posters
• BUILD A PHLOEM BRIDGE WITH ITS HOST, A NECESSARY STEP TO ENSURE
PARASITIC WAY OF LIFE OF PHELIPANCHE RAMOSA, Thomas Péron.…..…..…….31
• IMPACT D'UNE PLANTE PARASITE (PHELIPANCHE RAMOSA) SUR LA
COMPOSITION DU PHLOEME FOLIAIRE DE COLZA (BRASSICA NAPUS), Zachary
Gaudin….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….32
• RECHERCHE DES PARTENAIRES PHLOEMIENS DES POLEROVIRUS ET ETUDE
DE LEUR ROLE DANS LE CYCLE VIRAL, Sylvaine Boissinot….….….….….….….….33
• SHA3, A HOST FACTOR INDISPENSABLE FOR PLUM POX VIRUS LONG
DISTANCE MOVEMENT IN ARABIDOPSIS THALIANA ?, Carole Couture….….….…34
• GENETIC LINKAGE BETWEEN APHID ACTIVITIES DURING SIEVE ELEMENTS
PUNCTURES AND QUANTITATIVE PLANT RESISTANCE IN AN F1 MAPPING
POPULATION, Marie-Hélène Sauge….….….…..….….….….….….….….….….….….….35
• ORGANISATION IN VIVO DES CELLULES COMPAGNES D’ARABIDOPSIS
THALIANA , Thibaud Cayla….….….….….….….….….….….….….….….….….….….…36
• ULTRASTRUCTURE DES CELLULES DU PHLOEME CHEZ ARABIDOPSIS
THALIANA OBSERVEES EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION,
Brigitte Batailler….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….….37
• LA SUREXPRESSION DE NHL26 CHEZ ARABIDOPSIS THALIANA PERTURBE
L’EXPORT DE SUCRES., Françoise Vilaine….….….….….….….….….….….….…....….38
• CARACTERISATION FONCTIONNELLE DE GENES DE LA FAMILLE DES
NODULINES N3 EXPRIMEES DANS LE SYSTEME VASCULAIRE D’ARABIDOPSIS
THALIANA, Lara Spinner….….….….….….….….….….….….….….….….…….………..39
• ACTIVATION OF SUCROSE TRANSPORT IN DEFOLIATED LOLIUM PERENNE L.:
AN EXAMPLE OF APOPLASTIC PHLOEM LOADING PLASTICITY, Frédéric
Meuriot……………………………………………………………………………………….40
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RESUMES
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TWENTY YEARS AFTER : SUCROSE UPTAKE IN THE PHLOEM
Rémi LEMOINE
Physiologie Moléculaire du Transport des Sucres, UMR CNRS/Université de Poitiers 7267
Ecologie et Biologie des Interactions, 3 rue Jacques Fort, 86022 Poitiers Cedex, France.
e-mail : [email protected]
Sucrose loading into the sieve tubes is believed to be one of the major step in building the
turgor pressure responsible for the movement of the phloem sap according to the mass flow
model of Münch. Twenty years ago, the identification of the first sucrose transporter in plants
by Riesmeier et al, (1992) was believed to end many years of controversy about the pathway
of sucrose movement from assimilating cells to sieve tubes. The corresponding transporters in
Solanaceous species (potato, tomato and tobacco) were shown to play a major role in sucrose
loading in the phloem from the apoplast. Those transporters were localised to the plasma
membrane of the sieve tubes (Kühn et al., 1997) as expected from former studies. However, if
parallel work on the model plant Arabidopsis thaliana confirmed the importance of this
transporter for plant growth (Gottwald et al., 2000), the transporter was localised to the
companion cells (Stadler and Sauer, 1996). The complexity of the sugar transport pathway
was confirmed by studies of phloem loading in other species, notably species transporting
extra sugars in the phloem (polyols, Noiraud et al., 2001, oligosaccharides, Turgeon, 2010).
Additional information came from the recent identification of a new class of transporters
called SWEET (Chen et al., 2011) reported to be involved in the efflux of sucrose to the
apoplast in the vicinity of the conducting cells.
During this talk we will make an update on the knowledge available on this subject.
Références bibliographiques
Chen, LQ, Qu XQ, Hou BH, Sosso D, Osorio AR, . Frommer WB (2011) Sucrose Efflux Mediated by SWEET
Proteins as a Key Step for Phloem Transport Science 335: 207-211
Gottwald JR, Kysan PJ, Young JC, Evert RF, Sussman MR (2000) Genetic evidence for the in planta role of
phloem-specific plasma membrane sucrose transporters. PNAS, 97 : 13979-13984.
Kühn C, Franceschi VR, Schulz A, Lemoine R, Frommer WB (1997) Macromolecular trafficking indicated by
localization and turnover of sucrose transporters in enucleate sieve elements. Science, 275 :1298-1300
Noiraud N, Maurousset L, Lemoine R (2001) Identification of a mannitol transporter, AgMAT1, in celery
phloem. Plant Cell, 13 : 695-705
Riesmeier JW, Willmitzer L, Frommer WB (1992) Isolation and characterization of a sucrose carrier cDNA
from spinach by functional expression in yeast. EMBO J. 11 : 4705-4713
Stadler R. and Sauer N (1996) The Arabidopsis thaliana AtSUC2 gene is specifically expressed in companion
cells. Bot. Acta, 109 : 299-306.
13
IMPORTANCE OF THE PHLOEM IN THE PHYSIOLOGY AND
SIGNALLING OF NITROGEN ASSIMILATION
Bertrand HIREL1, Thérèse TERCE-LAFORGUE1, Rafael. A CAÑAS1, Jean-Xavier
FONTAINE2, Soraya LABBOUN2, Norbert BRUGIERE1, Albrecht ROSCHER2, Frédéric
DUBOIS2
1
Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, Centre de
Versailles-Grignon, UR 511, Route de St Cyr, F-78026 Versailles Cedex, France
2
EA 3900 BIOPI Biologie des plantes et contrôle des insectes ravageurs, Faculté de
Pharmacie, 1, rue des Louvels et Faculté des Sciences, 33, rue Saint Leu, 80037 Amiens
cedex 1, France
e-mail [email protected]
Improved Nitrogen-Use Efficiency (NUE: N fertilizer taken up by plants and assimilated into
organic N) has the potential to enhance yield under low N and thereby improve crop
nutritional quality while reducing ground water contamination by nitrates. In order to realize
potential benefits with respect to sustainable agriculture, we need to identify the physiological,
biochemical and molecular mechanisms controlling component processes, including inorganic
N uptake, N reduction, N translocation and partitioning between roots and shoots and Nincorporation into organic molecules as a function of carbon availability. Moreover, sustained
decreases in fertiliser input and improved or stabilised yield require an improved
understanding of the transition between N assimilation and N remobilisation during plant
development. During this transition there are strong lines of evidence that N metabolism plays
a major physiological and signalling role in the phloem in addition to long distance transport
of C and N assimilates.
In this lecture, we will describe how the understanding of the molecular controls of N
assimilation in the phloem has increased through the use of whole plant molecular physiology
and genetic approaches. We will present a number of studies performed both on model and
crop species in which it has been shown that amino acid biosynthesis in the vascular tissue,
including that of Proline, Glutamate, Serine and Gycine, plays a major role in a variety of
physiological processes important for growth and development. These physiological
processes may be related to the resistance to water stress, to regulatory mechanisms occurring
at the interface of C and N metabolism and to the translocation of assimilates occurring
during the grain filling period. Possible development and applications for crop improvement
through genetic manipulation and breeding strategies will be presented.
Brugière N., Dubois F., Limami A., Lelandais M., Roux Y., Sangwan R., Hirel B. 1999. - Glutamine synthetase
in the phloem plays a major role in controlling proline production. The Plant Cell 11: 1995-2011.
Cañas R.A., Quilleré I., Gallais A., Hirel B. 2012. Can genetic variability for nitrogen metabolism in the
developing ear of maize be exploited to improve yield ? New Phytol. (On line)
Tercé-Laforgue T., Dubois F., Ferrario-Mery S., Pou de Crecenzo M.A., Sangwan R., Hirel B. 2004. - Glutamate
dehydrogenase of tobacco (Nicotiana tabacum L.) is mainly induced in the cytosol of phloem companion
cells when ammonia is provided either externally or released during photorespiration. Plant Physiol. 136:
4308-4317.
14
PHLOEM : HIGHWAY TO N
Christophe SALON1, Nathalie MUNIER-JOLAIN1, Anne Sophie VOISIN1, Jean-Christophe
AVICE2, Alain OURRY2
1
UMR Agroécologie, INRA, 17 rue Sully, BP86510 Dijon cedex, France
UMR Ecophysiologie Végétale, Agronomie et nutritions, N, C, S, UMR INRA Université de
Caen Basse Normandie, 14032, Caen cedex, France
2
Cette présentation fera un état des lieux sur les connaissances acquises au niveau plante
entière concernant les flux de carbone et d’azote véhiculés par le phloème, chez les
légumineuses et chez le colza. La composition de la sève de phloème sera tout d’abord
discutée en relation avec le mouvement différentiel des assimilas transportés. L’exposé sera
suivi d’un panorama des approches utilisées (de l'isotopie aux 'omics) et des principaux
résultats concernant la modulation des flux de C et N phloémiens en relation avec a) le
déterminisme de la division cellulaire dans les graines puis b) le remplissage des graines. La
présentation d’instantanés permettra de suivre l’évolution des flux intra/inter organes (feuilles,
tiges, racines, organes reproducteurs) au cours du cycle de croissance des plantes.
15
MODELISATION DES RELATIONS SOURCES-PUITS
André LACOINTE
UMR Physique et Physiologie Intégratives de l’Arbre Fruitier et Forestier, INRA, Site de
Crouelle, 63039 Clermont-Ferrand Cedex
Les assimilats circulant des sources vers les puits sont transportés dans les tubes criblés par un
flux de masse, entraîné par un gradient axial de pression hydrostatique, lui-même d’origine
osmotique et entretenu par les flux latéraux de chargement / déchargement du phloème dans
les différentes zones de la plante. Malgré sa simplicité de principe, ce mécanisme, pressenti
depuis longtemps (Münch, 1928) et accepté aujourd’hui par l’ensemble de la communauté
scientifique, s’est avéré difficile à traduire en termes quantitatifs. Différents modèles
unidimensionnels, i.e. représentant le transport entre 1 source et 1 puits uniques, ont été
élaborés avec des degrés de raffinement biophysique croissants jusqu’au modèle de
Thompson et Holbrook (2003). Les architectures plus réalistes impliquant plusieurs sources
ou puits sont restées longtemps hors de portée de ces modèles en raison de la difficulté des
calculs. Toutefois, une représentation minimaliste de la répartition des assimilats au sein d’un
système comportant 1 source et 2 puits (Minchin et al. 1993) avait permis une première
approche théorique où la priorité entre puits apparaissait comme une propriété émergente du
flux de Münch, mais au prix d’une simplication extrême et peu réaliste de la biophysique
mise en œuvre.
L’antagonisme entre complexité de l’architecture modélisée et réalisme de la biophysique que
l’on peut lui est appliquer est surmonté par l’approche modulaire proposée par Daudet et al.
(2002) puis développée par Lacointe et Minchin (2008). Cette approche permet de contrôler à
la fois le degré de complexité qualitative (fonctions de chargement-déchargement du phloème
en interaction avec le métabolisme des tissus avoisinants et avec la circulation xylémienne) et
quantitative (résolution spatiale et topologie du réseau). Le modèle reproduit très fidèlement
les simulations des meilleurs modèles théoriques unidimensionnels, mais il peut simuler avec
la même finesse la circulation des assimilats dans des architectures vasculaires et tissulaires
plus réalistes. Ainsi, dans le cas ‘1 source, 2 puits’, il retrouve qualitativement les résultats de
Minchin et al. (1993) mais met également en évidence des phénomènes mal connus jusqu’ici
tels que l’impact de la transpiration sur la répartition des assimilats. Les capacités explicatives
et prédictives du modèle sont illustrées et validées par une expérimentation sur le haricot
marqué au 11C (Thorpe et al., 2011).
Daudet F.A., Lacointe A., Gaudillère J.P., Cruiziat P., 2002. Generalized Münch coupling between sugar and
water fluxes for modelling carbon allocation as affected by water status. J. theor. Biol., 214, 481-498.
Lacointe A., Minchin P.E.H., 2008. Modelling phloem and xylem transport within a complex architecture. Funct.
Plant Biol., 35, 772-780.
Minchin PEH, Thorpe MR, Farrar JF (1993) A simple mechanistic model of phloem transport which explains
sink priority. Journal of Experimental Botany 44, 947–955
Münch E (1928) Versuche über den Saftkreislauf. Deutsche botanische Gesellschaft 45, 340–356.
Thompson MV, Holbrook NM (2003) Application of a single-solute nonsteady-state phloem model to the study
of long-distance assimilate transport. Journal of Theoretical Biology 220, 419–455
16
Thorpe M., Lacointe A., Minchin P.E.H., 2011. Modelling phloem transport within a pruned dwarf bean: a 2source-3-sink system. Functional Plant Biol. 38(2) 127-138 doi:10.1071/FP10156
17
FLUX DE MASSE DANS LES TUBES CRIBLES ET OUTILS DE
MICROFLUIDIQUE
Denis RENARD
INRA, UR 1268, Biopolymères Interactions Assemblages, Rue de la Géraudière, F-44000
Angers-Nantes, France
Le phloème est le tissu vasculaire présent chez les végétaux supérieurs permettant le transport
à longue distance des photoassimilats (sève élaborée) des organes matures photosynthétiques
vers les organes puits. Il est constitué de cellules compagnes et de tubes criblés
micrométriques. Le phloème constitue ainsi un système fluidique naturel à l’échelle
micrométrique dont le mécanisme de circulation de la sève élaborée a été décrit par Ernst
Münch en 1930 (Van Bel et al., 2011). Le transport de la sève dans le phloème est gouverné
par un flux de masse essentiellement dû à une différence de pression de turgescence entre les
organes sources et les organes puits. La différence de pression de turgescence a pour origine
un gradient osmotique établi entre les cellules du mésophylle / cortex et les tissus vasculaires.
Ce modèle aujourd’hui bien établi a été affiné par Thompson en 2006 qui propose que le
transport de sève phloémienne n’est pas contrôlé seulement par une différence de pression de
turgescence mais accompagné par celle-ci. Ainsi, dans un article de synthèse majeur
(Thompson, 2006), Thompson modélise le flux de sève en s’appuyant sur trois hypothèses
fortes : 1/ l’écoulement du flux de sève serait laminaire (i.e. régulier, sans trop de variations
spatiales ou temporelles). 2/ les tubes criblés seraient semi-perméables permettant un échange
latéral de soluté tout le long des tubes criblés. 3/ le flux serait régi par des ondes pressionconcentration dépendantes autorisant la diffusion d’informations physico-chimiques (soluté,
hormone, protéine, ARN, virus). Ainsi, compte-tenu de la structure complexe des tubes
criblés et de l’importance des mécanismes physico-chimiques associés au transport à longue
distance, peut-on envisager des approches biomimétiques pertinentes pour une meilleure
compréhension des mécanismes associés à la régulation des flux de sève ? (Knoblauch and
Peters, 2010). Des éléments de réponse peuvent en effet être apportés aujourd’hui par les
circuits microfluidiques (systèmes manipulant des fluides à l’échelle micronique) qui
permettent de reproduire au moins partiellement des géométries complexes comme le
phloème et d’y analyser les comportements de fluides. C’est ainsi que le transport à longue
distance par un gradient osmotique a été validé récemment à l’aide de nouvelles techniques
d’exploration in vivo et de circuits microfluidiques biomimétiques (Jensen et al., 2011; Jensen
et al., 2012). Les auteurs ont démontré quantitativement par une loi d’échelle simple le
mécanisme unifié de translocation des sucres dans les espèces de plantes différant en taille par
plusieurs ordres de grandeur. De même, dans une étude récente visant à reproduire les tubes
criblés à l’aide de circuits microfluidiques, Knoblauch et al. (2012) ont démontré le colmatage
complet des tubes criblés artificiels par les forisomes, corps protéiques contractiles présents
chez les Fabacées, et ont conclu par analogie que les forisomes étaient capables de réguler le
flux de sève in vivo. Ces études illustrent l’intérêt de la microfluidique pour résoudre les
questions complexes portant sur la biophysique du phloème et permettent d’apporter des
éléments de compréhension sur les mécanismes de régulation des flux de sève à longue
distance. En perspective, des études hydrodynamiques à l’aide des outils de microfluidique
permettront de valider les hypothèses formulées par Thompson. En particulier, l’hypothèse de
l’écoulement laminaire du flux de sève dans les tubes criblés pourrait être vérifiée car la
présence d’organites comme les plastides, le réticulum endoplasmique ou encore les protéines
18
pariétales et les protéines P sont en mesure de s’opposer à un écoulement régulier en générant
des zones de turbulence réduisant ainsi l’efficacité du flux de sève.
Van Bel, A.J.E., Furch, A.C.U., Hafke, J.B., Knoblauch, M. and Patrick, J.W. (2011) (Questions)n on phloem
biology. 2. Mass flow, molecular hopping, distribution patterns and macromolecular signalling. Plant
Science, 181, 325-330.
Thomson, M.V. (2006) Phloem: the long and the short of it. Trends Plant Sci., 11, 26-32.
Knoblauch, M. and Peters, W.S. (2010) Münch, morphology, microfluidics – our structural problem with the
phloem. Plant Cell & Environ., 33, 1439-1452.
Jensen, K.H., Lee, J., Bohr, T., Bruus, H., Holbrook, N.M. and Zwieniecki, M.A. (2011) Optimality of the
Münch mechanism for translocation of sugars in plants. J. R. Soc. Interface, 8, 1155-1165.
Jensen, K.H., Liesche, J., Bohr, T. and Schulz, A. (2012) Universality of phloem transport in seed plants. Plant
Cell & Environ., doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02472.x
Knoblauch, M., Stubenrauch, M., Van Bel, A.J.E. and Peters, W.S. (2012) Forisome performance in artificial
sieve tubes. Plant Cell & Environ, doi:10.1111/j.1365-3040.2012.02499.x
19
OVERVIEW OF THE MECHANISMS UNDERLYING PATTERNING
OF PLANT VASCULAR TISSUES
Rozenn LE HIR
INRA, UMR1318, Institut Jean-Pierre Bourgin, RD10, F-78000 Versailles, France
In higher plants, the vascular bundles constitute a network connecting the different organs of
the plant. They provide mechanical support as well as a conduit for distribution of compounds
needed for a proper growth and defense. Each bundle is composed of two highly specialized
conductive tissues, xylem and phloem. The xylem is responsible for the transport of water and
mineral nutrients via water potential gradients. Carbon source/sink relationships and energetic
loading processes mobilize the translocation of nutrients, defense compounds, and
informational signals through the sieve elements, companion cells and parenchyma cells of
the phloem (Turgeon and Wolf 2009). The formation of the plant vascular system is a
complex process that integrates signaling and gene regulation at transcriptional and
posttranscriptional levels. Recently, a number of molecular genetic studies as well as the
important progress of cell biology and genomic tools have allowed tremendous progress
toward understanding its underlying mechanisms (Caňo-Delgado et al., 2010), either during
early steps of embryo development or during subsequent growth. Here we will provide an
overview of the different actors involved in the specification and the patterning of plant
vascular tissues with a particular focus on phloem formation.
Turgeon, R. and Wolf, S. (2009) Phloem transport: cellular pathways and molecular trafficking. Annu. Rev.
Plant Biol., 60, 207-221.
Caño-Delgado, A., Lee, J.Y. and Demura, T. (2010) Regulatory mechanisms for specification and patterning of
plant vascular tissues. Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 26, 605-637.
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IDENTITE ET IMAGERIE DU PHLOEME
Jean-Christophe PALAUQUI
INRA, UMR1318, Institut Jean-Pierre Bourgin, RD10, F-78000 Versailles, France
Le phloème est l’un des tissus les plus interne de la plante qui est mis en place tardivement
lors de l’embryogenèse. La continuité du réseau phloèmien (notamment les tubes criblés) est
assurée par une série de transformation du méristème vasculaire qui différencie des cellules
totipotentes en tubes criblés. Si les étapes cellulaires qui conduisent à la formation de ce tissu
spécialisé sont bien décrites, les connaissances sur les acteurs conduisant à sa formation
restent parcellaires. Quels mécanismes permettent à chaque cellule de rester en continuité ?
Quelles sont les singularités liées à cette différenciation ? Comment les étudier ?
21
PLASMODESMATA,
VIRUS MOVEMENT
MACROMOLECULAR
TRAFFICKING
AND
Manfred HEINLEIN
Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (IBMP) du CNRS, Université de Strasbourg, 12,
rue du Général Zimmer, 67084 Strasbourg, France.
Plant development depends on intercellular communication through cytoplasmic cell wall
channels known as plasmodesmata (PD) and involves the cell-to-cell trafficking of
macromolecules. Tobacco mosaic virus (TMV) and other viruses use this route to spread
their genomes and cause systemic infection. The spread of TMV RNA (vRNA) depends on
virus-encoded movement protein (MP) and occurs in a non-encapsidated form, likely through
exploitation of the cellular RNA transport machinery. We have developed in vivo tools to
investigate transport processes in virus movement at the protein and RNA level, by which we
gain evidence for a role of mobile RNA particles that target PD through interactions with
membranes and the cytoskeleton. Our studies also focus on the role of small RNAs in virus
movement. Interestingly, TMV interacts with the silencing host response in different ways.
Whereas the viral 126k/183k replicase acts as a suppressor of RNA silencing, the MP
promotes the spread of silencing. Since virus infection produces a unique population of virus
and host-derived small RNAs, we are interested to understand whether these small RNAs may
play a role in a viral strategy to influence host cell susceptibility with the help of MP. Our aim
is to link the cell biology of virus movement to a better understanding of virus-induced
defense and signaling responses and thus to attain a more complete picture of mechanisms
involved in compatible virus:host interactions. These studies also provide important insights
into plant intercellular communication mechanisms as well as leads for the development of
antiviral strategies in crops.
Amari K, Vazquez F, and Heinlein M (2012): Manipulation of plant host susceptibility: an emerging role for
viral movement proteins? Frontiers in Plant Science 3:10. doi:10.3389/fpls.2012.00010
Hu Q, Hollunder J, Niehl A, Kørner CJ, Gereige D, Windels D, Arnold A, Kuiper M, Vazquez F, Pooggin M,
and Heinlein M (2011): Specific impact of tobamovirus infection on the Arabidopsis small RNA profile.
PloS One 6:e19549
Niehl A, and Heinlein M (2011): Cellular pathways for viral transport through plasmodesmata. Protoplasma
248:75-99
Niehl A. and Heinlein M. (2009): Impact of RNA virus infection on plant cell function and evolution. Ann. N.Y.
Acad. Sci., 1178, 120-128
Hofmann C, Niehl A, Sambade A, Steinmetz A, and Heinlein M (2009): Inhibition of Tobacco mosaic virus
movement by expression of an actin-binding protein. Plant Physiol. 149: 1810-1823.
Sambade A, Brandner K, Hofmann C, Seemanpillai M, Mutterer J, and Heinlein M (2008): Transport of TMV
movement protein particles associated with the targeting of RNA to plasmodesmata. Traffic 9, 2073-2088
Vogler H, Kwon M.-O, Dang, V, Sambade, A, Fasler, M, Ashby J, and Heinlein M (2008): Tobacco mosaic
virus movement protein enhances the spread of RNA silencing. PloS Pathog. 4, e1000038
Vogler H, Akbergenov R, Dang V, Fasler M, Shivaprasad P V, Kwon MO, Zhanybekova S, Hohn T, and
Heinlein M (2007): Modification of small RNAs associated with suppression of RNA silencing by
tobamovirus replicase protein. J. Virol 81, 10379-10388
Heinlein M (2002): Plasmodesmata: dynamic regulation and role in macromolecular trafficking. Curr. Opin.
Plant Biol.5, 543-552
22
PHYTOPLASMES, PHLOEME ET POUVOIR PATHOGENE
Christophe GARCION1,2, Brigitte BATAILLER1,2, Jam-Nazeer AHMAD1,2, Sandrine
EVEILLARD1,2, Joël RENAUDIN1,2
1
INRA, UMR 1332 Biologie du Fruit et Pathologie. F-33883 Villenave d'Ornon
Univ. Bordeaux, UMR 1332 Biologie du Fruit et Pathologie. F-33883 Villenave d'Ornon
2
Les phytoplasmes sont des bactéries intraphloémiennes associées à des maladies qui affectent
un grand nombre de cultures (ornementales, maraîchères, arbres fruitiers, vigne) et entraînent
d'importantes pertes économiques. Ces bactéries, localisées dans les tubes criblés du phloème,
y sont introduites par des insectes piqueurs-suceurs (hémiptères) suivant un cycle persistant,
circulant et multipliant. Les phytoplasmes appartiennent à la classe des mollicutes, un groupe
de bactéries minimalistes caractérisées par l'absence de paroi, un génome de petite taille à
faible pourcentage de bases G+C et des capacités métaboliques réduites. A ce jour, les
phytoplasmes ne sont pas cultivés en milieu acellulaire et, en dépit de la disponibilité de
plusieurs génomes séquencés, les mécanismes du pouvoir pathogène sont encore largement
méconnus. L'impossibilité de générer des mutants et l'absence de véritable résistance
constituent un handicap important dans l'étude de ces pathogènes.
Les plantes infectées par les phytoplasmes manifestent une variété de symptômes incluant le
débourrement précoce des bourgeons (arbres fruitiers), des décolorations foliaires (jaunisses,
rougissements), des proliférations (balais de sorcières) et des malformations florales telles que
virescence (défaut de pigmentation des pétales) et phyllodie (différenciation des organes
floraux en structures foliaires), qui suggèrent une interférence avec le métabolisme et la
balance hormonale de la plante hôte. Au niveau anatomique, les phytoplasmes peuvent, dans
certains cas, induire chez la plante hôte une prolifération spectaculaire du tissu phloémien
(10). De plus, ces symptômes ont été associés à de nombreux changements biochimiques et
physiologiques: accumulation de callose et de filaments de protéine P (8, 10), accumulation
de composés phénoliques (2) dérégulation de l'expression des gènes du développement floral
(11) (9) (12), altération de la translocation des sucres et des acides aminés (5, 7).
Dans le cas de Spiroplasma citri, un mollicute phytopathogène modèle (parce que disponible
en culture), l'utilisation du fructose par le spiroplasme est un facteur important du pouvoir
pathogène (1, 3). De même, pour les phytoplasmes, l'infection entraîne une perturbation de la
translocation des sucres entre organes sources et organes puits. Toutefois l'hypothèse que le
pouvoir pathogène des phytoplasmes se réduirait à la consommation de nutriments (sucres ou
régulateurs de croissance par exemple) présents dans la sève phloémienne a été récemment
remise en cause par la mise en évidence d'effecteurs capables de modifier l'expression des
gènes de la plante hôte.
Contrairement aux bactéries pathogènes occupant l'apoplaste, les phytoplasmes, en lien avec
leur localisation intracellulaire, ne possèdent pas de système de sécrétion de type 3 (TTSS)
permettant l'injection d'effecteurs dans la cellule végétale, mais d'autres systèmes de secrétion
ont été identifiés. Par ailleurs, l'exploitation des données génomiques de 'Candidatus
phytoplasma asteris' par criblage fonctionnel des protéines potentiellement secrétées dans N.
Benthamiana ou A. thaliana a permis l'identification de nouveaux facteurs de virulence. Ainsi,
l'expression dans Arabidopsis, de la protéine TENGU de 'Ca. P. asteris' (souche OY-M) a été
associée à la répression de gènes auxine-dépendants et à la production de symptômes de
prolifération et de nanisme similaires à ceux induits lors de l'infection par le phytoplasme (4).
23
De la même façon, l'expression chez Arabidopsis de la protéine SAP54 de 'Ca. P. asteris'
(souche AY-WB) perturbe le développement floral, provocant des symptômes de phyllodie
caractéristiques de l'infection par le phytoplasme (6). Enfin une autre protéine effectrice
(SAP11) est adressée au noyau de la cellule hôte et interagit avec des facteurs de transcription
(CIN-TCP) impliqués dans le contrôle du développement de la plante et dans la production de
jasmonate, une molécule impliquée dans les réponses de défense des plantes aux pathogènes
et aux insectes. Ainsi les lignées d'Arabidopsis surexprimant SAP11, comme les plantes
infectées par 'Ca P asteris' AY-WB, produisent moins de jasmonate et, en conséquence,
permettent une meilleure survie/reproduction de l'insecte vecteur du phytoplasme (13, 14).
Ces travaux montrent que les phytoplasmes, par la sécrétion d'effecteurs spécifiques, ont la
capacité de moduler le développement de la plante-hôte et les interactions plantes-insectes,
pour favoriser leur dissémination.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
24
André, A., M. Maucourt, A. Moing, D. Rolin, and J. Renaudin. 2005. Sugar import and
phytopathogenicity of Spiroplasma citri: glucose and fructose play distinct roles. Mol Plant Microbe
Interact 18:33-42.
Choi, Y. H., E. C. Tapias, H. K. Kim, A. W. M. Lefeber, C. Erkelens, J. T. J. Verhoeven, J. Brzin, J.
Zel, and R. Verpoorte. 2004. Metabolic discrimination of Catharanthus roseus leaves infected by
phytoplasma using 1H-NMR spectroscopy and multivariate data analysis. Plant Physiol 135:1-13.
Gaurivaud, P., J. L. Danet, F. Laigret, M. Garnier, and J. M. Bové. 2000. Fructose utilization and
phytopathogenicity of Spiroplasma citri. Molecular Plant-Microbe Interactions 13:1145-1155.
Hoshi, A., K. Oshima, S. Kakizawa, Y. Ishii, J. Ozeki, M. Hashimoto, K. Komatsu, S. Kagiwada, Y.
Yamaji, and S. Namba. 2009. A unique virulence factor for proliferation and dwarfism in plants identified
from a phytopathogenic bacterium. Proc Natl Acad Sci U S A 106:6416-21.
Lepka, P., M. Stitt, E. Moll, and E. Seemuller. 1999. Effect of phytoplasmal infection on concentration
and translocation of carbohydrates and amino acids in periwinkle and tobacco. Physiological and
Molecular Plant Pathology 55:59-68.
MacLean, A. M., A. Sugio, O. V. Makarova, K. C. Findlay, V. M. Grieve, R. Toth, M. Nicolaisen, and
S. A. Hogenhout. 2011. Phytoplasma effector SAP54 induces indeterminate leaf-like flower development
in Arabidopsis plants. Plant Physiol 157:831-41.
Maust, B. E., F. Espadas, C. Talavera, M. Aguilar, J. M. Santamaria, and C. Oropeza. 2003. Changes
in carbohydrate metabolism in coconut palms infected with the lethal yellowing phytoplasma.
Phytopathology 93:976-981.
Musetti, R., A. Paolacci, M. Ciaffi, O. A. Tanzarella, R. Polizzotto, F. Tubaro, M. Mizzau, P.
Ermacora, M. Badiani, and R. Osler. 2010. Phloem cytochemical modification and gene expression
following the recovery of apple plants from apple proliferation disease. Phytopathology 100:390-9.
Oshima, K., Y. Ishii, S. Kakizawa, K. Sugawara, Y. Neriya, M. Himeno, N. Minato, C. Miura, T.
Shiraishi, Y. Yamaji, and S. Namba. 2011. Dramatic transcriptional changes in an intracellular parasite
enable host switching between plant and insect. PLoS One 6:e23242.
Oshima, K., T. Shiomi, T. Kuboyama, T. Sawayanagi, H. Nishigawa, S. Kakizawa, S. Miyata, M.
Ugaki, and S. Namba. 2001. Isolation and Characterization of Derivative Lines of the Onion Yellows
Phytoplasma that Do Not Cause Stunting or Phloem Hyperplasia. Phytopathology 91:1024-9.
Pracros, P., J. Renaudin, S. Eveillard, A. Mouras, and M. Hernould. 2006. Tomato flower
abnormalities induced by stolbur phytoplasma infection are associated with changes of expression of
floral development genes. Mol. Plant-Microbe Interact. 19:62-68.
Su, Y. T., J. C. Chen, and C. P. Lin. 2011. Phytoplasma-induced floral abnormalities in Catharanthus
roseus are associated with phytoplasma accumulation and transcript repression of floral organ identity
genes. Mol Plant Microbe Interact 24:1502-12.
Sugio, A., H. N. Kingdom, A. M. MacLean, V. M. Grieve, and S. A. Hogenhout. 2011. Phytoplasma
protein effector SAP11 enhances insect vector reproduction by manipulating plant development and
defense hormone biosynthesis. Proc Natl Acad Sci U S A 108:E1254-63.
Sugio, A., A. M. MacLean, H. N. Kingdom, V. M. Grieve, R. Manimekalai, and S. A. Hogenhout.
2011. Diverse targets of phytoplasma effectors: from plant development to defense against insects. Annu
Rev Phytopathol 49:175-95.
INTERACTIONS
SYSTEMIQUE
PLANTES
-
VIRUS
ET
COLONISATION
Frédéric REVERS
Equipe de Virologie Végétale, UMR Biologie du Fruit et Pathologie, Centre INRA BordeauxAquitaine, 33140 Villenave d’Ornon
Les virus de plantes sont des parasites obligatoires qui occasionnent des dommages
importants sur les cultures et à l’heure actuelle l’amélioration génétique des espèces végétales
reste un des meilleurs moyens de lutte contre ces pathogènes. Le cycle des virus se
décompose en plusieurs étapes : une étape de multiplication associant traduction et réplication,
une étape de mouvement de cellule à cellule où le virus sous forme de particule virale ou de
complexe ribonucléoprotéique va coloniser les cellules adjacentes en passant au travers des
plasmodesmes et une étape de mouvement à longue distance (ou mouvement systémique) lors
de laquelle le virus va transiter dans les tissus phloémiens pour coloniser l’ensemble de la
plante. Le virus est ensuite transmis de plante à plante essentiellement via des vecteurs et/ou
les semences.
L’étape du mouvement à longue distance est une étape clef pour le virus au cours de laquelle
il envahit l’ensemble de la plante. Paradoxalement les mécanismes mis en jeu dans ce
processus biologique sont aujourd’hui très mal connus. De nombreuses études ont permis
d’identifier un certain nombre de protéines virales impliquées dans cette étape dont la capside
(CP) dans une grande majorité de cas. La protéine de mouvement (MP) d’origine virale
nécessaire dans l’étape du mouvement de cellule à cellule ne jouerait un rôle dans le
mouvement systémique que dans un nombre restreint de cas. Le fait que les protéines virales
mises en jeu dans ces deux types de mouvement soient différentes suggère fortement que les
mécanismes de ces mouvements sont aussi différents.
En revanche relativement peu de facteurs végétaux impliqués dans le mouvement systémique
ont été identifiés à ce jour. Pectine méthylesterase, HSP, fibrillarine sont quelques exemples
de protéines végétales pour lesquelles un rôle direct ou indirect dans le mouvement
systémique a été démontré. D’autres facteurs bloquant le mouvement à longue distance des
virus ont aussi été identifiés. Les plus étudiées sont les protéines RTM (pour Restricted TEV
Movement). Trois protéines RTM ont jusqu’à présent été clonées et correspondent à une
lectine de type jacaline, une protéine ayant un domaine de small Heat Shock Protein et une
protéine ayant un domaine MATH. Cependant la fonction de ces protéines dans le mécanisme
du blocage du mouvement systémique des virus reste à élucider.
Le mouvement à longue distance des virus reste donc pour l’instant une grande boite noire,
essentiellement du à la difficulté d’étudier les mécanismes sous-jacents au sein des tissus
phloémiens. Il est suggéré que le contrôle du mouvement systémique des virus est réalisé au
niveau des plasmodesmes branchés reliant cellules compagnes et tubes criblés. Une meilleure
connaissance de ces structures, le développement d’approches permettant de mieux explorer
les tissus phloémiens et l’identification de protéines phloémiennes interagissant directement
avec virus et protéines virales seront des axes de recherche essentiels parmi d’autres pour
mieux comprendre les mécanismes du mouvement systémique des virus.
25
INTERACTIONS PLANTES-PUCERONS ET MECANISMES DE
TOLERANCE: COMPATIBILITE, PHLOEMOPHAGIE ET SYMBIOSE
Yvan RAHBE and Stefano COLELLA
Inra, UMR203 BF2I, Biologie Fonctionnelle Insectes et Interactions, F-69621 Villeurbanne,
France.
Insa-Lyon, UMR203 BF2I, F-69621 Villeurbanne, France.
Université de Lyon, F-69000 Lyon, France.
Inria Rhône-Alpes, Bamboo, F-38330 Monbonnot Saint-Martin, France.
From an ecological perspective, phloem is a hidden and protected plant tissue amenable to
only a limited number of plant parasites (symbionts sensu lato, i.e. “partners living with”).
These comprise viruses, for which phloem is a natural transport route, a limited number of
fungal and bacterial taxa, and a diversified group of insects and their associated guilds
(parasites and tenants). Most primary phloem-feeding insects belong to the order Hemiptera,
among which aphids are the paradigmatic and most studied group [1].
For plant physiologists, aphids have long constituted instrumental partners, in term of both
“tools” and “cues” to probe phloem physiology[2,3,4,5]. The advent of the genomic era and
of functional genomic tools has brought new information to aphid research, and new concepts
have been developed in this active field of interaction biology [6,7]. We will give both a
digest view of this research, and illustrations of some promising picks (for plant
physiologists) in this interdisciplinary field. New plant interactants have been discovered;
new virulence factors are on the way to be identified; and novel transporter sets are currently
being studied by aphid biologists [8,9,10]. “Feeding”, “Nutrition” and “Ecological insights”
will structure our talk.
1. Douglas AE (2006) Phloem-sap feeding by animals: problems and solutions. J Exp Bot.
2. Fisher DB, Fisher BA, Harbige LS (2000) Sieve tube unloading and post-phloem transport of fluorescent
tracers and proteins injected into sieve tubes via severed aphid stylets. Plant Physiology 123: 125-137.
3. Fisher DB, Frame JM (1984) A guide to the use of the exuding-stylet technique in phloem physiology. Planta
161: 385-393.
4. van Bel AJE, Furch ACU, Hafke JB, Knoblauch M, Patrick JW (2011) (Questions)n on phloem biology. 2.
Mass flow, molecular hopping, distribution patterns and macromolecular signalling. Plant science : an
international journal of experimental plant biology 181: 325-330.
5. Van Bel AJE (2003) The phloem, a miracle of ingenuity. Plant, Cell & Environment 26: 125-149.
6. IAGC (2010) Genome sequence of the pea aphid Acyrthosiphon pisum. PLoS Biology 8: e1000313.
7. Brinza L, Viñuelas J, Cottret L, Calevro F, Rahbé Y, et al. (2009) Systemic analysis of the symbiotic function
of Buchnera aphidicola, the primary endosymbiont of the pea aphid Acyrthosiphon pisum. Comptes
Rendus Biologies 332: 1034-1049.
8. Charles H, Balmand S, Lamelas A, Cottret L, Perez-Brocal V, et al. (2011) A genomic reappraisal of
symbiotic function in the aphid/Buchnera symbiosis: reduced transporter sets and variable membrane
organisations. PLoS One 6: e29096.
9. Price DRG, Tibbles K, Shigenobu S, Smertenko A, Russell CW, et al. (2010) Sugar transporters of the major
facilitator superfamily in aphids; from gene prediction to functional characterization. Insect Molecular
Biology 19 Suppl 2: 97-112.
26
10. Price DRG, Duncan RP, Shigenobu S, Wilson ACC (2011) Genome Expansion and Differential Expression
of Amino Acid Transporters at the Aphid/Buchnera Symbiotic Interface. Molecular Biology and
Evolution.
27
FLAX FIBERS: SOME RECENT NEWS FROM AN OLD FRIEND
Simon HAWKINS
Université Lille Nord de France, Lille 1 UMR 1281, F-59650, Villeneuve d'Ascq cedex,
France
Flax (Linum usitatissimum L.) has been grown by man for many thousands of years and traces
of fibers from this species have been found in 30,000-year-old Paleolithic caves in Georgia.
Today, flax is cultivated for its seeds (linseed) and for its cellulose-rich bast fibers. The seeds
contain high levels of unsaturated alpha-linolenic acid (ALA, C18:3), and biologically-active
lignans utilized in the chemical and nutraceutical industries (Singh et al., 2011). The bast
fibers are extremely long primary fibers (approx. 7 cm) located in the outer stem tissues
between the phloem and the epidermis (Gorshkova et al., 2012). They have long been used to
produce textiles (linen) and are now being increasingly utilized as an environmentallyfriendly substitute for glass fibers in reinforced composite materials (Be Linen Movie 2:
http://www.youtube.com/watch?v=zf6m-lhh-PM&feature=related). The secondary cell walls
of these fibers are unusual since they are rich in cellulose, but contain extremely low levels of
lignin (2 %) as compared to most other plant secondary cell walls (Day et al., 2005). The
quality of both linen (textile) and flax fiber-reinforced materials is determined primarily by
the structure (form and composition) of the fiber cell wall and its interaction with the
surrounding matrix. However, our understanding of how flax plants are able to generate these
remarkable cells remains fragmentary. It therefore appears essential – if we are to fully
exploit the remarkable properties of flax fibers – to obtain a more in-depth understanding of
the biology of bast fiber formation in this species. Recently, a number of tools have been
developed for flax including, high density microarrays, cDNA libraries, physical and genetic
maps, molecular markers and mutant populations that should allow an integrated approach to
investigate different processes in this biologically interesting species. In this speech we will
present some recent results (Huis et al., 2012) on the phenolic metabolism and transcriptional
regulation of flax lignin genes.
Day, A., Ruel, K., Neutelings, G., Crônier, D., Favid, H., Hawkins, S. and Chabbert, B. (2005) Evidence for an
unusual lignin in flax bast fibers. Planta, 222, 234-245.
Gorshkova T., Brutch N., Chabert B., Deyholos M., Hayashi T., Lev-Yadun L., Mellerowicz E.J., Morvan C.,
Neutelings G. and Pilate G. (2012) Plant fiber formation : state of the art, recent and expected progress,
and open questions. Crit. Rev. Plant Sci. (in press).
Huis R., Morreel K., Fliniaux O., Lucau-Danila A., Fénart S., Grec S., Neutelings G., Chabbert B., Mesnard F.,
Boerjan W. and Hawkins S. (2012) Natural hypolignification is associated with extensive oligolignol
accumulation in flax stems. Plant Physiol. February 2012 pp.111.192328.
Singh K.K., Mridula D., Rehal J., Barnwal P. (2011) Flaxseed: a potential source of food, feed and fiber. Crit.
Rev. Food Sci. and Nutrition, 5, 210-222.
28
LE SYSTEME LATICIFERE DE L’HEVEA : UNE « USINE VERTE »
SPECIALISEE DANS LA PRODUCTION DE CAOUTCHOUC
Valérie PUJADE-RENAUD1, 2
1
CIRAD, UMR AGAP, F-63000 Montpellier, France.
Université Blaise Pascal, UMR PIAF, F-63000 Clermont-Ferrand, France.
2
Le latex est un liquide visqueux et blanchâtre produit par certaines plantes ou champignons. Il
contient de nombreuses particules en suspension, parmi lesquelles on trouve, dans la majorité
des cas, du polyisoprène ou caoutchouc naturel, matériau aux propriétés d’élasticité et de
résistance très recherchées dans l’industrie. Dans le règne végétal, les plantes à latex se
rencontrent de façon dispersée dans de nombreuses familles, majoritairement chez les
dicotylédones. Cependant, l’hévéa (Hevea brasiliensis) est la seule espèce exploitée à échelle
commerciale, pour la quantité et la qualité du caoutchouc qu’elle produit. L’hévéa est un arbre
de la famille des euphorbiacées, originaire du bassin amazonien et domestiqué en Asie.
Actuellement, la filière hévéa constitue une source de revenu pour plus de 30 millions de
personnes, essentiellement en Asie.
Chez l’hévéa, le latex est le cytoplasme de cellules spécialisées localisées dans le phloème
secondaire et émises périodiquement par le cambium, en manteaux concentriques. Les
cellules d’un même manteau s’anastomosent pour former un continuum cellulaire, ou
vaisseau laticifère. Lors de la saignée, qui consiste à inciser l’écorce de l’arbre sur quelques
millimètres, les vaisseaux laticifères sont sectionnés et le latex s’écoule, mu par la pression
de turgescence interne des cellules laticifères, jusqu’à ce qu’il coagule et colmate la blessure.
Les cellules laticifères sont le siège d’une intense activité métabolique qui permet le
renouvellement du latex expulsé au cours de la saignée. L’arbre peut ainsi être re-saigné tous
les 2 ou 3 jours, pendant une vingtaine d’années. Le rendement de la production de latex
dépend donc à la fois de la durée de l’écoulement lors de la saignée et de la capacité de l’arbre
à régénérer le latex exporté [2]. Une pratique courante en hévéaculture consiste à traiter les
arbres avec un générateur d’éthylène, l’éthéphon, qui a pour effet à la fois de fluidifier le latex
et de stimuler sa régénération [7]. Les recherches développées récemment pour identifier les
facteurs déterminant de la production de latex se sont logiquement orientées vers
l’approvisionnement en sucre des laticifères, le sucre étant le précurseur de la synthèse du
caoutchouc, et vers les flux d’eau nécessaires au bon écoulement du latex lors de la saignée.
Les cellules laticifères sont hétérotrophes. De plus, étant dépourvues de plasmodesmes, elles
sont isolées des autres cellules du phloème. Un transport actif est donc nécessaire pour assurer
le chargement en sucres des laticifères. Des travaux d’électrophysiologie ont démontré
l’existence de symports H+/sucres [1] et une approche moléculaire a permis de cloner
plusieurs transporteurs de saccharose, d’hexoses et de polyols. La caractérisation
physiologique et moléculaire de ces transporteurs a permis d’identifier trois gènes candidats
qui semblent jouer un rôle déterminant dans le contrôle de la production de latex [3-6].
La cartographie des réserves carbonées de l’hévéa a révélé que l’exploitation régulière du
latex, qui cumule des stress de blessure (saignée), des stress chimiques (stimulation
éthylénique) et un intense stress métabolique dû aux besoins de régénération du latex, avait
pour effet d’augmenter les réserves carbonées du tronc, au lieu de les épuiser [8]. Les
transporteurs de sucre pourraient jouer un rôle dans les phénomènes de flux horizontaux et la
compartimentation tissulaire (écorce, latex, bois).
29
Par ailleurs, l’analyse des gènes d’aquaporines du latex a également permis d’identifier un
gène soumis à régulation par le traitement éthylénique, en relation avec la fluidification du
latex et le rendement de la production [9].
L’hévéa constitue un modèle intéressant pour l’étude des flux latéraux de carbone et d’eau car
l’exploitation du latex induit un puits artificiel important, dont l’intensité peut être modulée
en modifiant la fréquence des saignées ou des traitements éthyléniques.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
30
Bouteau et al.: Evidence of multiple sugar uptake across the plasma membrane of laticifer protoplasts from
Hevea. Bioelectrochem.Bioenerg. 48: 135-139 (1999).
d'Auzac J, Jacob J-L, Chrestin H: Physiology of Rubber Tree Latex. CRC Press, Boca Raton, USA (1989).
Dusotoit-Coucaud et al: Molecular characterization of the sucrose transporter HbSUT1B in relation to
rubber production in latex cells. J. Rubb. Res. 12(3): 125-139 (2009).
Dusotoit-Coucaud et al: Sucrose importation into laticifers of Hevea brasiliensis, in relation to ethylene
stimulation of latex production. Ann Bot 104: 635-47 (2009).
Dusotoit-Coucaud et al: Ethylene stimulation of latex yield depends on the expression of a sucrose
transporter (HbSUT1B) in rubber tree (Hevea brasiliensis). Tree Physiol 30: 1586-1598 (2010).
Dusotoit-Coucaud et al: Cloning and characterization of a new polyol transporter (HbPLT2) in Hevea
brasiliensis. Plant Cell Physiol 51: 1878-88 (2010).
Lacote R et al: Long-term effect of ethylene stimulation on the yield of rubber trees is linked to latex cell
biochemistry. Field Crops Research 115: 94_98 (2010).
Silpi U et al: Carbohydrate reserves as a competing sink: evidence from tapping rubber trees. Tree
physiology 27: 881-889 (2007).
Tungngoen K et al: Involvement of HbPIP2;1 and HbTIP1;1 aquaporins in ethylene stimulation of latex
yield, through regulation of water exchanges between inner liber and latex cells in Hevea brasiliensis.
Plant Physiol.: pp.109.140228 (2009).
BUILD A PHLOEM BRIDGE WITH ITS HOST, A NECESSARY STEP
TO ENSURE PARASITIC WAY OF LIFE OF PHELIPANCHE RAMOSA
Thomas PÉRON 1, Philippe DELAVAULT 2, Philippe SIMIER 2
1
Agrocampus-Ouest, Institut de Recherche en Horticulture et Semences (INRA,
Agrocampus-Ouest, Université d’Angers), SFR 149 QUASAV, F-49045 Angers, France
2
LUNAM Université, Laboratoire de Biologie et Pathologie Végétales, IFR 149 QUASAV,
UFR Sciences et Techniques, 44322 Nantes, France
Among the weedy and parasitic plants, broomrapes (Orobanche ssp and Phelipanche spp)
are particularly harmful in major agrosystems. They attach to the roots of the host plant,
establish vascular connections and then grow at the expense of the host plant’s resources. The
absence of chlorophyll in broomrape explains that it needs host-derived sucrose for growth.
Little is known about how broomrapes take up sucrose from the host. A recent study used
fluorescent probes (carboxyfluorescein) to trace vascular continuity between the host plant
and Phelipanche aegyptiaca and concluded that direct phloem connections exist between
them through interspecific plasmodesmata. Using a same strategy we could observe similar
connections between P. ramosa and its host (Brassica napus and Solanum lycopersicum). So
if fluorescent probes are able to be translocated from the host plant to the parasitic plant via a
functional phloem bridge, it's could be the same for sucrose. Detection of carboxyfluorescein
by confocal microscopy gave us also a better understanding of the phloem network
organization in the parasite. In fact, except the adventitious root apices of the young tubercle,
all the sink areas including shoot apical meristems and shoot axillary buds are symplastically
isolated from the parasitic phloem network. This suggests that an active apoplastic unloading
is required to feed parasitic sink tissues with host derived sucrose. We identified three
sucrose transporter genes in P. ramosa (PrSUT). PrSUT1 was by far the dominant PrSUT
gene in P. ramosa and transcripts accumulated specifically in phloem cells as demonstrated
by in situ hybridization experiments. Those findings lead us to propose that PrSUT1 could
play a crucial role in host-parasite relationships as a major actor in parasitic phloem
apoplastic unloading of host derived sucrose.
31
IMPACT D'UNE PLANTE PARASITE (PHELIPANCHE RAMOSA) SUR
LA COMPOSITION DU PHLOEME FOLIAIRE DE COLZA (BRASSICA
NAPUS)
GAUDIN Z.1, POUVREAU J-B.1, ROBINS R.J.2, DELAVAULT P.1, SIMIER P.1
1
LUNAM Université, Laboratoire de Biologie et Pathologie Végétales, SFR 4207 QUASAV,
France
La plante parasite Phelipanche ramosa L. Pomel (syn. Orobanche ramosa) dépend
entièrement, pour son développement, des nutriments qu'elle prélève dans le phloème de la
plante hôte, par le biais d'une structure anatomique spécifique nommée haustorium. En France,
la récente adaptation de ce parasite au colza d'hiver (Brassica napus L.) est devenue un réel
problème agronomique dans les régions les plus touchées, où il cause d'importantes pertes de
rendement. Notre étude vise à mieux comprendre certaines caractéristiques fonctionnelles de
cette nouvelle interaction hôte – parasite, notamment ce que l'orobanche prélève chez son
hôte. Étant donné le rôle majeur que joue, à ce jour, la fertilisation azotée dans la productivité
du colza d'hiver, notre étude s'est principalement axée sur les composés azotés (aminoacides)
transférés de l'hôte vers le parasite par voie phloèmienne, mais aussi sur certains composés
carbonés majeurs (sucres, acides organiques).
Des analyses comparatives ont été réalisées entre deux variétés sensibles de colza, ES Aliénor
(Compagnie Euralis, variété non-tolérante) et Shakira (Compagnie Maïsadour Semences,
variété tolérante). Les plants de colza parasités et non-parasités ont été cultivés durant 6 mois,
en conditions contrôlées, avec une période de vernalisation (post 6 semaines, 4 °C, 8
semaines). La caractérisation des flux a été effectuée après vernalisation à l'aide d'un
marquage au 15N (nitrate, 24h). Les exsudats phloèmiens foliaires ont été récoltés 3 et 15
jours après marquage (méthode EDTA/PCMBS, 20h à l'obscurité, 21°C) et analysés par
UPLC/PDA et GC-FID.
Nous avons ainsi pu dresser un profil des aminoacides majoritairement présents dans le
phloème foliaire du colza lors de deux étapes clefs de son développement : la phase
végétative (Glu, Asp, Gln, SMCS, Serine et GABA principalement) et la phase de
remobilisation foliaire (Gln majoritairement). Des particularités génotypiques sont visibles tel
que l'accumulation plus importante de GABA chez Shakira lors de la phase végétative, puis
de GSH lors de la phase de remobilisation foliaire, comparé à ES Alienor. Le parasitisme,
quant à lui, ne modifie que faiblement la composition du phloème lors de la phase végétative
mais diminue considérablement le pic de Gln présent lors de la remobilisation foliaire. L'étape
suivante de cette étude est centrée sur le marquage au 15N des différents aminoacides présents
dans les exsudats phloèmiens foliaires de l'hôte et leur métabolisation au sein du parasite
(étude réalisée par le biais du modèle simplifié : orobanche isolée).
32
RECHERCHE
DES
PARTENAIRES
PHLOEMIENS
DES
POLEROVIRUS ET ETUDE DE LEUR ROLE DANS LE CYCLE VIRAL
Sylvaine BOISSINOT, Sophie CHAPUIS, Monique ERDINGER, Baptiste MONSION,
Catherine REINBOLD, Frédéric REVERS, Caren RODRIGUEZ, Véronique ZIEGLERGRAFF, Véronique BRAULT
- UMR INRA-UDS Equipe Virologie-Vection, 28 rue de Herrlisheim 68021 Colmar, France
(BS, EM, MB, RC, RC, BV)
- Institut de Biologie Moléculaire des Plantes, Virologie Végétale, 12 rue du Général Zimmer,
67084 Strasbourg, France (CS, ZGV)
- UMR BFP INRA-UB2, Centre de Bordeaux, BP 81, 33883 Villenave d’Ornon cedex,
France (FR)
Les polérovirus sont des virus de plante restreints aux cellules du phloème qui sont
strictement transmis par pucerons. La recherche des partenaires cellulaires des virus
susceptibles d’intervenir dans le cycle viral a été entreprise en criblant, par la technique du
double hybride dans la levure, deux banques d’ADNc spécifiques des cellules compagnes d’A.
thaliana. Les protéines de structure du virus, impliquées dans son mouvement dans la plante
et dans sa transmission par puceron, ont été utilisées comme appâts lors de ces criblages.
Neuf candidats ont été identifiés au cours des différents criblages. De manière surprenante, ils
interagissent tous avec le domaine C-terminal de la protéine mineure de la capside des
polérovirus ou protéine RT. Les interactions entre protéines virales et protéines cellulaires
mises en évidence par le système de double hybride dans la levure sont en cours de
confirmation par des tests in vitro (pull-down, co-immunoprécipitation) et in vivo (FLIM).
Afin d’analyser l’implication de ces candidats dans le cycle viral, le comportement du virus
dans des mutants knock–out d’A. thaliana pour ces gènes candidats est en cours d’analyse. De
part la fonction des gènes candidats identifiés, ces interactions sont susceptibles d’intervenir
dans des réactions de défense de la plante ou dans la propagation du virus à longue distance
dans la plante.
Cette étude a révélé le rôle essentiel du domaine C-terminal de la protéine RT dans les
interactions avec l’hôte. Bien que ce domaine soit absent des particules virales qui cheminent
dans la sève élaborée, il semble jouer un rôle primordial dans le mouvement systémique du
virus. En effet, un mutant viral dépourvu de la partie C-terminale de la RT est incapable de se
déplacer à longue distance alors que les particules virales sont semblables au virus sauvage et
transmissibles par puceron. Ce domaine agirait donc en trans sur les particules virales pour
permettre leur libération dans les tubes criblés. Des expériences sont en cours afin de
comprendre plus précisément l’implication de ce domaine viral dans le mouvement du virus
dans la plante hôte.
33
SHA3, A HOST FACTOR INDISPENSABLE FOR PLUM POX VIRUS
LONG DISTANCE MOVEMENT IN ARABIDOPSIS THALIANA ?
Carole COUTURE and Véronique DECROOQ*
INRA, Equipe de Virologie, UMR BFP (1332), 71, avenue Edouard Bourlaux, 33883
Villenave d’ornon, France
*[email protected]; [email protected]
Sharka is the most devastating disease affecting stone fruit production worldwide, and
is caused by a virus, the Plum pox potyvirus (PPV).
To identify new PPV susceptibility genes (and thus recessive resistance candidate
genes), a resistance screen was conducted in two core-collections of 24 and 20 Arabidopsis
accessions, respectively. Genetic analysis and linkage mapping in biparental and
multiparental populations confirmed the existence of new recessive resistance genes which do
not co-localize with already known susceptibility factors, commonlly involved in the early
steps of the infectious viral cycle. By combining results from linkage mapping in F2 and
recombinant inbred lines with association mapping among 147 worldwide accessions, we
identified a cluster of 13 genes coding for TRAF-like proteins. This major locus, named sha3
for Sharka Resistance, is located at the bottom of linkage group 3 and encompasses the RTM3
gene (Cosson and al., 2010). By using GFP and GUS tagged viral clones, we showed that
SHA3 is involved in PPV long distance movement and viral systemic infection, through the
vascular bundles. Here is the first study about a recessive resistant gene involved in long
distance movement of potyvirus, for which we study six accessions of different geographical
origin having all the same SHA3 QTL surrounded.
Our overall aim is now to finalize the positional cloning of the sha3 gene by
challenging Knock-out mutants of genes present in the sha3 region. In parallel, grafting
experiments are ongoing to refine the sha3 phenotype and identify the exact stage of viral
restriction during its long distance movement.
Pagny, G. and Decroocq, V. (2012) Linkage and association mapping reveals novel genes affecting Plum pox
virus infection in Arabidopsis thaliana. In preparation.
34
GENETIC LINKAGE BETWEEN APHID ACTIVITIES DURING SIEVE
ELEMENTS
PUNCTURES
AND
QUANTITATIVE
PLANT
RESISTANCE IN AN F1 MAPPING POPULATION
Marie-Hélène SAUGE1, Patrick
PFEIFFER1, Thierry PASCAL2
LAMBERT2,
Jean-Philippe
LACROZE1,
Frédéric
1
INRA, UR 1115, Plantes et Systèmes de culture Horticoles, Domaine Saint Paul, F-84000
Avignon, France
2
INRA, UR 1052, Génétique et Amélioration des Fruits et Légumes, Domaine Saint Maurice,
F-84143 Montfavet, France
The phloem, the actual food source of aphids, often mediates monogenic host plant resistance
against these insects (Kaloshian et al. 2000, Klingler et al. 2005). An assumption regarding
polygenic resistance is that several physical or biochemical traits of various plant tissues
would act as distinct defence mechanisms, each being controlled by different quantitative trait
loci (QTL).
Prunus davidiana, a wild species related to peach, confers polygenic resistance to Myzus
persicae. Our objective was to establish the genetic relationships between resistance
phenotype and aphid ability to feed from the phloem sap. Specifically, we aimed to (i)
determine if resistance was linked to aphid stylet activities during sieve elements punctures,
(ii) if so, generate assumptions regarding the characteristics of the phloem driving the decline
of the aphid population, and (iii) assess if other plant tissues, which contain allelochemicals
that may affect plant acceptance, also played a role in resistance.
Using an F1 population obtained from a cross between the peach and P. davidiana, we
identified and mapped on the genetic linkage map of P. davidiana 7 QTL governing aphid
colonies development and leaf curling responses. Then, aphid stylet activities were recorded
on the same mapping population using the electrical penetration graph (EPG) technique,
which provides information about the behaviour (salivation, ingestion) and the stylet tip
position (epidermis, mesophyll, phloem, xylem) of the aphid during plant penetration.
Detection of QTL controlling aphid feeding behaviour was performed on 17 EPG characters.
A QTL of major resistance effect was associated with drastic reductions in the duration of
phloem sap ingestion. This QTL is likely a single locus with a pleiotropic effect on two traits,
food acquisition and aphid population growth. Other QTL for high resistance and low levels
of leaf distortion were correlated with a higher frequency of watery salivation into sieve
elements, suggesting an aphid response to restore the flow of nutrients after phloem
occlusion. No significant QTL for traits characterizing stylet activities in the epidermis or
mesophyll cells was detected. There was even a reduction in the time to initiate phloem sap
ingestion at the major resistance QTL, reinforcing the idea that resistance was phloemspecific.This quantitative genetic study is, to our knowledge, the first to report on the number
and action of genes influencing phloem-aphid interactions. The recent sequencing of the
peach genome will allow studying candidate genes involved in the sieve tube’s physiology
and sap composition.
Kaloshian, I., Kinsey, M.G., Williamson, V.M. et al. (2000) Mi-mediated resistance against the potato aphid
Macrosiphum euphorbiae (Hemiptera: Aphididae) limits sieve element ingestion. Environ. Entomol., 29,
690-695.
Klingler, J., Creasy, R., Gao, L. et al. (2005) Aphid resistance in Medicago truncatula involves antixenosis and
phloem-specific, inducible antibiosis, and maps to a single locus flanked by NBS-LRR resistance gene
analogs. Plant Physiol., 137, 1445-1455.
35
ORGANISATION IN VIVO
D’ARABIDOPSIS THALIANA
DES
CELLULES
COMPAGNES
Thibaud CAYLA, Françoise VILAINE, Laurence BILL, Nelly WOLFF, Sylvie DINANT
UMR1318, Institut Jean-Pierre Bourgin (IJPB), INRA-AgroParisTech, Bâtiment 3 F-78000,
Versailles, France
Le phloème présente une organisation cellulaire unique. Un élément caractéristique est la
présence de protéines P dans les tubes criblés (TC). Le rôle de ces protéines n’est pas
formellement identifié, mais elles pourraient être impliquées dans la formation de bouchons
en réponse aux blessures. Chez les cucurbitacées, les protéines PP2 ont été identifiées comme
étant des composants présumés des protéines P, et pourraient avoir également un rôle dans le
transport et le trafic de macromolécules entre les cellules compagnes (CC) et les tubes criblés
Pour tester ces hypothèses, nous étudions le rôle de PP2-A1 chez Arabidopsis. Nous utilisons
des fusions traductionnelles PP2-A1:GFP sous contrôle du promoteur du gène SUC2, dont
l’activité est restreinte aux CC, et nous avons réalisé des observations chez des lignées
transgéniques exprimant ces constructions. Cependant, observer le phloème d’Arabidopsis est
complexe, du fait de la petite taille des cellules. C’est pourquoi nous avons adapté un
protocole permettant une observation fine de ces cellules situées en profondeur. Nous avons
ainsi pu montrer par des techniques de microscopie confocale que PP2-A1 est présente dans le
noyau et le cytosol des cellules compagnes, et qu’une partie est également retrouvée dans les
tubes criblés sous la forme de petits corps protéiques fixes. L’absence de mouvement de PP2A1 suggère que la protéine est ancrée à la membrane ou à des organites dans les TC. De plus,
nous n’avons pas observé de structure de type « bouchons » suggérant que PP2-A1 pourrait
ne pas être le constituant principal des protéines P, mais serait plutôt partiellement associé à
ces protéines P. Pour mieux interpréter nos observations de PP2-A1 dans les CC et les TC,
nous sommes en train de réaliser in vivo une cartographie des différents compartiments dans
les CC et les TC en microscopie confocale, en utilisant différents marqueurs subcellulaires
fluorescents. Nous montrons ainsi que les CC présentent une organisation sub-cellulaire très
particulière in vivo, avec un grand nombre de petites vacuoles, ainsi que de nombreuses
mitochondries groupées en cluster. D’autre part, il y a très peu de mouvement au sein de ces
cellules compte tenu de la densité importante des organites. De plus, une observation du
cytosquelette nous a permis de vérifier que celui-ci était encore bien organisé. Ceci sousentend que notre méthode d’observation est relativement peu invasive pour les cellules, et que
nous observons celles-ci dans des bonnes conditions physiologiques. Toutes ces observations
nous permettent de mieux comprendre l’organisation du phloème d’arabidopsis et d’ainsi
mieux comprendre le fonctionnement de ce tissu complexe.
36
ULTRASTRUCTURE DES CELLULES DU PHLOEME CHEZ
ARABIDOPSIS THALIANA OBSERVEES EN MICROSCOPIE
ELECTRONIQUE A TRANSMISSION
Brigitte BATAILLER 1, 5, Christian SANCHEZ 3, Denis RENARD 4, Thomas LEMAITRE 2,
Sylvie DINANT 2
1
UMR1332, Biologie du Fruit et Pathologie, INRA F-33140 Villenave d'Ornon, France
Versailles, France
3
UMR 1208, Ingénierie des Agro-Polymères et Technologies Emergentes, UM2-INRACIRAD-Montpellier Supagro, F-34060, Montpellier, France
4
UR1268, Unité de Recherche Biopolymères Interactions Assemblages (URBIA), INRA F44300 Nantes, France
5
UMS3420, Université de Bordeaux, Bordeaux Imaging Center, F- 33000 Bordeaux, France
2
L’observation ultrastructurale des cellules du phloème se révèle souvent délicate. Cette
difficulté traduit la particularité de ces cellules d’être situées dans des tissus profonds (plus de
100 microns sous l’épiderme) et de présenter une pression osmotique très élevée, due
notamment aux concentrations importantes de sucres. Afin de réaliser des observations en
microscopie électronique à transmission (MET), plusieurs méthodes de fixation ont été testées
sur des échantillons de feuille d’Arabidopsis thaliana. La méthode de fixation est critique
pour limiter certains artefacts sur les cellules du phloème, notamment l'occlusion des pores au
niveau des cribles ainsi que l'altération des structures subcellulaires dans les tubes criblés. La
cryofixation sous haute pression est particulièrement délicate à mettre en œuvre sur limbe
foliaire, et la fixation chimique conventionnelle a donné de meilleurs résultats. Dans ces
conditions, nous avons pu observer avec une excellente résolution des cellules de phloème
présentant une bonne préservation des structures subcellulaires. Nous avons ainsi pu décrire
l’organisation des protéines P, structures particulières aux tubes criblés, et qui se caractérisent
chez Arabidopsis par des filaments en collier de perles avec des sous-unités de 15 nm de
diamètre. L’analyse des images obtenues en MET permet d’observer l’organisation très
régulière de ces structures. Un protocole d’immunomarquage adapté avec des anticorps
spécifiques a également permis de déterminer la localisation des lectines phloémiennes PP2
dans les tubes criblés. Alors que les PP2 ont été initialement décrites comme constitutives des
protéines, nous n’avons observé qu’un faible immunomarquage sur les filaments de
protéines P. Ces observations suggèrent une association partielle avec ces structures, plus
compatible avec un rôle de lectine dans le trafic de macromolécules plutôt que comme
élément structural des protéines P.
Beneteau J., Renard D., Marche L., Douville E., Lavenant L., Rahbé Y., Dupont D., Vilaine F. & Dinant S.
(2010) Binding properties of the N-acetylglucosamine and high-mannose N-glycan PP2-A1 phloem lectin
in Arabidopsis. Plant Physiology, 153, 1345-1361.
Batailler B., Lemaître T., Vilaine F., Sanchez C., Cayla T., Beneteau J., Renard D. & Dinant S. (2012) Soluble
and
filamentous
proteins
in
Arabidopsis
sieve
elements.
Plant
Cell
Environ.
onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-3040.2012.02487.x
37
LA SUREXPRESSION DE NHL26 CHEZ ARABIDOPSIS THALIANA
PERTURBE L’EXPORT DE SUCRES
Françoise VILAINE, Pavel KERCHEV, Gilles CLEMENT, Thibaud CAYLA, Laurence
BILL, Nelly WOLFF, Sylvie DINANT
Versailles, France
L’export à longue distance des sucres produits par la photosynthèse dans les feuilles sources
est un processus complexe mettant en jeu à la fois des étapes symplasmiques et
apoplasmiques. Chez Arabidopsis, le chargement en sucre dans les cellules compagnes
implique un transporteur de saccharose, SUC2. Le saccharose pénètre alors dans les tubes
criblés, via des plasmodesmes, pour y être transporté à longue distance vers les organes en
développement.
Nous avons caractérisé des lignées transgéniques d’Arabidopsis qui accumulent de fortes
quantités de sucres solubles, d’amidon et d’anthocyanes dans leurs feuilles sources. Ce
phénotype résulte de la surexpression d’un gène à expression phloème spécifique, NHL26,
codant pour une petite protéine membranaire de fonction inconnue appartenant à la famille
NHL (NDR1/Harpin Induced Like). Ces plantes présentent un retard de croissance, de
floraison et de sénescence. Leur système racinaire est réduit, leur production de graines est
diminuée. Alors que la concentration en sucres solubles augmente dans les feuilles sources,
elle baisse dans les organes puits tels que les racines. La concentration en saccharose de la
sève phloèmienne est également diminuée. L’ensemble de ces observations suggère que
l’export des sucres est altéré dans ces plantes. Une surexpression uniquement dans les cellules
compagnes (contrôlée par le promoteur PP2-A1 spécifique de ces cellules) suffit à provoquer
cette altération. Nous avons montré que dans les feuilles sources de ces plantes, outre les
sucres, de nombreux composés azotés sont fortement accumulés, notamment des acides
aminés et des acides organiques. La quantité globale de protéines y est aussi plus élevée que
chez les plantes témoins. Ces résultats suggèrent que les carbohydrates en excès sont
métabolisés, les squelettes carbonés étant utilisés pour la synthèse de composés azotés,
parallèlement à une augmentation probable de l’assimilation de l’azote.
Des fusions de la protéine NHL26 avec la GFP ont permis de visualiser sa localisation dans
le réticulum endoplasmique et dans les plasmodesmes. Ces résultats nous ont amenés à
envisager, chez les plantes surexprimant la protéine NHL26, un défaut de chargement des
sucres entre les cellules compagnes et les tubes criblés, probablement au niveau des
plasmodesmes situés entre ces deux types cellulaires. NHL26 pourrait être un composant de
ces plasmodesmes ou jouer un rôle dans l’acheminement, via le réticulum endoplasmique, de
tels composants. Une accumulation excessive de cette protéine pourrait être à l’origine d’une
perturbation de la diffusion de métabolites de cellules compagnes à tubes criblés, ayant pour
conséquence de fortes perturbations métaboliques dans les feuilles sources de la plante.
38
CARACTERISATION FONCTIONNELLE DE GENES DE LA
FAMILLE DES NODULINES N3 EXPRIMEES DANS LE SYSTEME
VASCULAIRE D’ARABIDOPSIS THALIANA
Lara SPINNER 1, Rozenn LE-HIR 1, Dipankar CHAKRABORTI 2, Nelly WOLFF 1, Rémi LEMOINE
3
, Sylvie DINANT 1, Catherine BELLINI 1,4.
1
2
3
INRA centre de Versailles, Bât 3, Rte de St Cyr, 78026 Versailles cedex, France
Department of biotechnology, St Xavier’s College, Kolkata, India
Physiologie moléculaire du transport des sucres chez les végétaux (PHYMOTS), 3 rue
Jacques Fort, Bat B31 (BP633),Université de Poitiers, 86022 Poitiers, France
4
UPSC, Department of Plant Physiology, Umeå University, SE-901 87 Umeå, Sweden
Il existe un lien trophique étroit entre le phloème et le xylème, tissus qui participent à la distribution et
à la remobilisation coordonnée de nombreux nutriments. Néanmoins, les composantes moléculaires
impliquées dans la coordination de ces échanges sont mal connues.
Dans le but de mieux comprendre les relations entre le phloème et le xylème, nous avons exploité
différentes bases de données transcriptomique des tissus vasculaires, réalisées chez le peuplier
(Schrader et al, 2004, The plant cell), Arabidopsis (Ykä Hellariutta, unpublished data) et le Céleri
(Vilaine et al., 2003, Plant J.). Après comparaison de l’ensemble des données, 47 gènes
spécifiquement exprimés dans le phloème et /ou le xylème ont été sélectionnés parmi lesquels des
facteurs de transcription et un grand nombre de protéines transmembranaires dont deux gènes de la
famille des nodulines N3 (N3b et N3c).
Afin de préciser le profil d’expression de ces deux gènes, des lignées transgéniques exprimant le gène
UidA sous contrôle des promoteurs endogènes ont été produites, et leur analyse a montré qu’ils étaient
fortement exprimés dans les cellules du parenchyme xylémien, et que N3c présentait de surcroît une
expression dans les cellules du parenchyme du phloème. Pour confirmer la localisation subcellulaire
de N3b et N3c, nous avons réalisé des expériences d’expression transitoire en protoplastes de
mésophylles avec des fusions traductionnelles avec la GFP et montré que ces deux protéines étaient
localisées à la membrane plasmique. D’autre part, des tests de transport de sucre dans la levure ont
permis de montrer que N3b et N3c étaient capables de transporter le glucose. Enfin, l’étude des
simples et doubles mutants dérégulés dans l’expression de N3b et N3c a mis en évidence une
accumulation de sucres solubles et d’amidon dans les feuilles de rosette par rapport au sauvage Col0.
Une analyse par qPCR a également mis en évidence dans ces mutants une altération de l’expression de
certains transporteurs d’hexoses spécifiques du xylème. De plus, une perturbation du ratio C/N et de la
composition en acides gras des graines a été observée.
Ces résultats suggèrent qu’il existe une nouvelle catégorie de transporteurs de glucose, exprimée
majoritairement dans les cellules du parenchyme du xylème et dont la mutation perturbe la répartition
des pools de carbone au niveau de la plante entière
Les flux de carbone s’effectuant principalement via le phloème, il est intéressant de s’interroger sur la
présence de transporteurs de glucose au sein du xylème. Le rôle de N3b et N3c dans la communication
latérale entre xylème et phloème sera discuté.
39
ACTIVATION OF SUCROSE TRANSPORT IN DEFOLIATED LOLIUM
PERENNE L.: AN EXAMPLE OF APOPLASTIC PHLOEM LOADING
PLASTICITY
BERTHIER1 A., DESCLOS1 M., MEURIOT1 F., Le DEUNFF1 E., AMIARD2,4 V.,
MORVAN-BERTRAND1 A., DEMMIG-ADAMS3 B., ADAMS3 lll W.W., TURGEON2 R.,
DEDALDECHAMP5 F., LEMOINE5 R., PRUD’HOMME M-P1., NOIRAUD-ROMY N1
1
UMR INRA-UCBN 950, Ecophysiologie Végétale, Agronomie and nutritions NCS, irba,
Esplanade de la Paix, Université de Caen, 14032 Caen Cedex, France.
2
Department of Plant Biology, Cornell University, Plant Science Building, Ithaca, NY 14853,
USA
3
Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Colorado, Boulder, CO
80309-0334, USA
4
Present address: Centro de Genómica Nutricional Agro acuícola, Unidad de Biotecnología de
Plantas, INIA-Carillanca, Casilla 58-D,Temuco, Chile.
5
UMR 6503, CNRS/Université de Poitiers, PHYMOTS, Avenue du recteur Pineau, 82022
Poitiers, France.
Perennial ryegrass (Lolium perenne L.) is a major component of livestock feeding which has
a great regrowth capacity after grazing or cutting. This could be mainly related to a fast and
efficient sucrose transport from intact tissues (i.e. leaf sheaths) towards emergent young leaf
tissues. Nevertheless, this mechanism is poorly documented. As a consequence, we studied
phloem loading and subsequent sucrose transport via a combination of plasmolysis
experiments, plasma membrane vesicles (PMV), confocal microscopy and molecular biology
Plasmolysis experiments supported an apoplastic phloem loading mechanism. PMV results
revealed an active, transient and saturable uptake of sucrose. Compared to intact plants, the
affinity of sucrose transporters was decreased for defoliated plants after only 6 hours of
regrowth, which revealed an increased sucrose transport capacity fastly induced by defoliation.
From stubble cDNA libraries, the sequence of a sucrose transporter was then isolated and
identified for the first time in ryegrass. This sequence was therefore functionally expressed in
yeast and named Lolium perenne SUcrose Transporter 1 (LpSUT1). This protein was then
immunolocalized around the bundle cells of leaf sheaths and RT-PCR study confirmed that
LpSUT1 transcript level increased in leaf sheaths in response to defoliation. The specific
localization of this transporter suggests that it plays a great role for the distribution of C
resources within the regrowing plant.
All results indicate that the rapid regrowth capacity of ryegrass is supported by one or several
sucrose transporters and, amongst them, LpSUT1 can be the most promising. Its expression is
fastly induced during the first hours of regrowth, which can lead to an increased sucrose
transport contributing to a rapid refoliation. The present results allow to better understand
regrowth mechanisms within a perennial forage species accumulating fructans.
40
Liste des PARTICIPANTS 41
42
AMIOUR Nardjis INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
COOKSON Sarah INRA, EGFV, UMR 1287, ISVV 210 Chemin de Leysotte 33882 Villenave d'Ornon [email protected]
ATANASSOVA Rossitza Université de Poitiers, UMR CNRS 7267 Ecologie & Biologie des Interactions Bâtiment Botanique B31 86000 Poitiers [email protected]
COUTURE Carole INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
BFP 71 Avenue Edouard Bourlaux 33883 Villenave d'Ornon [email protected]
BATAILLER Brigitte INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
DAI Zhanwu INRA, EGFV, UMR 1287, ISVV 210 Chemin de Leysotte 33882 Villenave d'Ornon [email protected]
BOISSINOT Sylvaine INRA, UMR 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin 28 rue de Herrlisheim 68021 Colmar [email protected]
CAYLA Thibaud INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de saint cyr 78026 Versailles [email protected]
CERVEAU Delphine Université de Nantes, UFR Sciences et Techniques 2 rue de la Houssinière 44322 Nantes [email protected]
DECROOCQ Véronique INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
DEFOSSEZ Emeline Pôle de compétitivité à vocation mondiale 3 rue Alexandre Fleming ‐ 49066 Angers cedex 01
[email protected]
DINANT Sylvie INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
43
GARCION Christophe INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
GAUDIN Zachary Université de Nantes, UFR Sciences et Techniques 2 rue de la Houssinière 44322 Nantes [email protected]
HAWKINS Simon Université des Sciences et Technologies de Lille, UMR USTL‐INRA N°1281 Stress Abiotiques et Différenciation des Végétaux Cultivés UFR de Biologie, Bât SN2 59655 Villeneuve d'Ascq [email protected]
HEINLEIN Manfred Institut de Biologie Moléculaire des Plante ‐ CNRS UPR2357 12, rue du Général Zimmer 67084 Strasbourg [email protected]
HIREL Bertrand INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
JAFFUEL Sylvie CIRAD Avenue Agropolis Bat2 bur.115 34398 Montpellier [email protected]
44
JOUANIN Lise INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
KHODOROVA Nadezda Université de Picardie Jules Verne UFR des Sciences, 33 rue St Leu 80000 Amiens [email protected]
LACOINTE André INRA, UMR PIAF Site de Crouelle, 234 avenue du Brézet 63039 Clermont‐Ferrand [email protected]
LALOI Maryse Université de Poitiers Bâtiment Botanique B31 86022 Poitiers [email protected]
LE HIR Rozenn INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
LECOURT Julien INRA, EGFV, UMR 1287, ISVV 210 Chemin de Leysotte 33882 Villenave d'Ornon [email protected]
LEMOINE Rémi Université de Poitiers, UMR CNRS 7267 Ecologie & Biologie des Interactions Bâtiment Botanique B31 86022 Poitiers [email protected]
PERON Thomas Université de Nantes, UFR Sciences et Techniques 2 rue de la Houssinière 44322 Nantes [email protected]
LEMONNIER Pauline Université de Poitiers, UMR CNRS 7267 Ecologie & Biologie des Interactions Bâtiment Botanique B31 86022 Poitiers [email protected]
PETERSCHMITT Michel CIRAD Campus International de Baillarguet 34398 Montpellier [email protected]
MAINSON Dany Université de Poitiers Bâtiment Botanique B31 86022 Poitiers [email protected]
MEURIOT Frédéric UMR INRA EVA Esplanade de la Paix 14032 Caen [email protected]
PALAUQUI Jean‐Christophe INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de St‐Cyr 78000 Versailles [email protected]
PARRILLA Jonathan Université de Poitiers Bâtiment Botanique B31 86022 Poitiers [email protected]
PERAUDEAU Sebastien CIRAD Avenue Agropolis Bat2 bur.113 34000 Montpellier [email protected]
POËSSEL Jean‐Luc INRA, GAFL Domaine Saint Maurice, BP94 84143 Montfavet [email protected]
POURTAU‐DE ALMEIDA Nathalie Université de Poitiers Bâtiment Botanique B31 86000 Poitiers [email protected]
PUJADE‐RENAUD Valérie CIRAD, 63171 Aubière UBP, Bâiment Biologie Végétale Recherche, Laboratoire PIAF 24 avenue des landais, BP 80026 [email protected]
RAHBE Yvan UMR203 INRA INSA‐Lyon BF2I, Biologie Fonctionnelle Insectes et interactions 20 ave. A. Einstein 69621 Villeurbanne [email protected]
45
RENARD Denis INRA UR 1268, Biopolymères Interactions Assemblages Rue de la Géraudière 44316 Nantes [email protected]
RENAUDIN Joel INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
BFP 71 avenue Edouard Boulaux 33883 Villenave d'Ornon [email protected]
REVERS Frédéric INRA_Université de Bordeaux, UMR 1332‐
BFP 71 Avenue Edouard Bourleaux 33140 Villenave d'Ornon [email protected]
SALON Christophe INRA, Unité Mixte de Recherches en Génétique et Ecophysiologie des Légumineuses à Graines INRA 17 rue Sully 21065 Dijon [email protected]
SAUGE Marie‐Hélène INRA, UR Plantes et Systèmes de culture Horticoles Domaine Saint Paul, Agroparc 84000 Avignon [email protected]
SCHALLER Hubert Institut de Biologie Moléculaire des Plantes ‐ Institut de Botanique 28 rue Goethe 67083 Strasbourg [email protected]
SIMIER Philippe Université de Nantes, UFR Sciences et Techniques 2 rue de la Houssinière 44322 Nantes [email protected]
SPINNER Lara INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
URBINO Cica CIRAD UMR BGPI ‐ TA A‐54/K 34398 Montpellier [email protected]
VERCAMBRE Gilles INRA, UR Plantes et Systèmes de Culture Horticoles Domaine Saint Paul, Site Agroparc 84914 Avignon [email protected]
VILAINE Françoise INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78026 Versailles [email protected]
VIVIN Philippe INRA, EGFV, UMR 1287, ISVV 210 Chemin de Leysotte 33882 Villenave d'Ornon [email protected]
46
WOLFF Nelly INRA, Institut Jean Pierre Bourgin Route de Saint‐Cyr 78000 Versailles [email protected] 47

Deuxièmes Journées de Poitiers Le phloème dans tous ses

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