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La membrane plasmique végétale : premier détecteur des pathogènes

Grâce à une méthode d’imagerie innovante, des chercheurs de l’Inra de Dijon visualisent la structure intime de la membrane des cellules végétales et la manière dont elle est modifiée par des attaques de pathogènes. La membrane plasmique jouerait ainsi un rôle clé dans les mécanismes de défense des plantes.

AUTOFLUORESCENCE  d’une  FEUILLE  de  VIGNE  non traitée par un stimulateur des défenses naturelles (SDN) puis inoculée par du  MILDIOU . © TROUVELOT Sophie - Université Bourgogne
Par Pascale Mollier
Mis à jour le 15/07/2014
Publié le 03/07/2014

Les plantes sont confrontées en permanence à des attaques de champignons, bactéries ou autres parasites, et développent des réponses adaptatives qui conditionnent leur survie. Ces microorganismes produisent des molécules particulières, appelées éliciteurs, qui sont reconnues par la plante et déclenchent chez elle des réactions de défense. « Afin d’arriver à maitriser ce potentiel de défense, une meilleure compréhension des mécanismes à l’œuvre au cours de son activation est nécessaire, explique Patricia Gerbeau-Pissot, enseignant-chercheuse. Dans ce contexte, nous avons exploré la manière dont la membrane qui entoure les cellules végétales participe aux premières phases de la réponse de défense de la plante ».  

 La membrane : une mosaïque de micro-territoires…

 La membrane cellulaire est formée par une double couche de lipides dans laquelle sont insérées des protéines. « Le développement d’une méthode d’imagerie innovante nous a permis de montrer pour la première fois que la membrane des cellules végétales n’est pas une structure uniforme, mais une mosaïque hétérogène de territoires de très petite taille » poursuit Patricia Gerbeau-Pissot. Certains d’entre eux, enrichis en constituants protéiques et lipidiques spécifiques, apparaissent comme plus rigides et ordonnés car ils sont le siège d’interactions fortes entre les différentes molécules, notamment les lipides, qui les constituent.

…qui réagit aux attaques des pathogènes

Lorsque l’on traite les cellules avec un éliciteur produit par un oomycète, la cryptogéine, on observe des modifications dans les minutes qui suivent le traitement. Parmi les plus précoces, d’une part, on mesure que la membrane devient globalement plus fluide, d’autre part, on constate, de manière très localisée, une augmentation de la proportion de micro-territoires ordonnés. De manière intéressante, le traitement par un autre éliciteur, la flagelline, provenant cette fois d’une bactérie, provoque uniquement le deuxième effet, à savoir une augmentation de la proportion de micro-territoires ordonnés.

Une différence entre les deux éliciteurs réside dans le fait que la cryptogéine est, contrairement à la flagelline, un éliciteur nécrosant, entrainant une mort cellulaire locale de manière à freiner la progression du microorganisme.

On peut donc faire l’hypothèse que l’augmentation de la proportion de micro-territoires ordonnés, observée avec les deux éliciteurs, serait un phénomène générique associé au déclenchement de la signalisation de défense, alors que l’augmentation de fluidité, propre à la cryptogéine, serait plus spécifiquement associée à la mort cellulaire.

 

Ces résultats suggèrent que la perception des signaux par la membrane plasmique pourrait orienter la réponse cellulaire, suivant la manière dont la membrane réagit et modifie sa structure intime. Reste à explorer par quels mécanismes ces modifications structurales de la membrane sont traduites en réactions de défense. Ces travaux permettent de porter à un niveau jamais encore atteint la description de l’organisation de la membrane végétale, et mettent en évidence sa dynamique au cours de la signalisation cellulaire associée à la défense.  

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Dijon Bourgogne Franche-Comté

Une méthode d'imagerie innovante

Cellule de tabac marquée avec une sonde membranaire fluorescente (image du haut). Un traitement de l'image fait apparaitre des microdomaines ayant différentes intensités de fluorescence selon leur degré de rigidité.. © Inra, Patricia Gerbeau-Pissot
Cellule de tabac marquée avec une sonde membranaire fluorescente (image du haut). Un traitement de l'image fait apparaitre des microdomaines ayant différentes intensités de fluorescence selon leur degré de rigidité. © Inra, Patricia Gerbeau-Pissot

La méthode développée permet de visualiser la structure de la membrane à un grain encore jamais atteint. La membrane d’une cellule (ici de tabac) est marquée avec une sonde fluorescente qui s’insère entre les lipides. La fluorescence émise par la sonde dépend de l’état de la membrane, elle se situe dans les couleurs chaudes si la membrane est rigide, froides si la membrane est plus fluide. Indétectables à l’œil nu, ces différences sont mesurées et traduites en fausses couleurs. Le résultat montre que la membrane est une mosaïque de micro-territoires ayant des conformations différentes.

Références

- Gerbeau-Pissot P, Der C, Thomas D, Anca IA, Grosjean K, Roche Y, Perrier-Cornet JM, Mongrand S and Simon-Plas F. 2014. Modification of plasma membrane organization in tobacco cells elicited by cryptogein. Plant Physiology 164 (1):273-86.

- Simon-Plas F, Perraki A, Bayer E, Gerbeau-Pissot P, Mongrand S. 2011. An update on plant membrane rafts. Curr Opin Plant Biol 14 (6):642-9