La limitation en azote chez les plantes altère la défense apoplastique et la capacité des micro-organismes pathogènes à les attaquer

Les changements globaux, climatiques et sociétaux, transforment profondément les cultures. Au-delà des impacts sur les rendements et la qualité des végétaux, ils modifient les interactions plantes-microorganismes, un enjeu de compréhension clé pour la protection des cultures contre les maladies.
Le stress nutritionnel lié à une limitation en azote modifie l’incidence et/ou la sévérité de la plupart des maladies, ainsi que l’efficacité des solutions de protection comme le biocontrôle. Chez les agents pathogènes nécrotrophes, tels que le champignon Botrytis cinerea, responsable de la pourriture grise, ou la bactérie Erwinia amylovora, agent du feu bactérien, l’impact d’une limitation en azote sur le processus infectieux varie selon l’espèce végétale hôte. Afin de développer des stratégies durables et efficaces de protection des cultures, il est indispensable de comprendre l’impact des stress abiotiques tels qu’une limitation azotée, à la fois sur la mise en place des défenses de la plante hôte et sur la virulence de l’agent pathogène et les différents aspects du processus infectieux. Afin de répondre à ces questions, l’apoplasme, un compartiment clé pour les interactions plantes-microorganismes, a été finement caractérisé au cours de l’infection d’Arabidopsis thaliana avec E. amylovora et B. cinerea. Ce compartiment liquide, entourant les cellules végétales et baignant la paroi cellulaire, joue un rôle majeur dans les interactions précoces entre cellules végétales et micro-organismes, qu’ils soient pathogènes ou bénéfiques. Malgré ce rôle, ce compartiment est resté peu étudié. 

Résultats
Les équipes ont démontré que les liquides apoplasmiques foliaires influencent différemment les agents pathogènes selon que les plantes sont cultivées sous faible ou fort apport azoté. Ces résultats ont été corroborés par une analyse métabolomique révélant que la composition de ces extraits est profondément modifiée par la limitation en azote et aussi par l’infection. Dans les conditions défavorables à l’infection, l’apoplasme de la plante accumule des métabolites inhibiteurs de l’expression de la virulence d’E. amylovora. Cette baisse d’expression de la virulence entraîne une augmentation de l’expression de la défense acide jasmonique-dépendante et une augmentation de la résistance. Lors de l’infection d’A. thaliana par B. cinerea, une limitation en azote modifie le profil des oligosaccharides apoplastiques, sous l’effet d’une pectine lyase, BcPNL1. La création et l’étude d’un mutant de B. cinerea dépourvu de BcPNL1 ont révélé son rôle clé dans le processus infectieux, tant chez A. thaliana que chez la tomate — une fonction insoupçonnée jusqu’alors pour cette enzyme. Ces modifications du profil des oligosaccharides influencent l’activation des défenses de la plante et limitent la croissance du champignon pathogène in planta.

Perspectives
La caractérisation approfondie des liquides apoplasmiques, en particulier par une analyse protéomique, devrait préciser le rôle central de l’apoplasme dans la réponse intégrée aux stress abiotiques et biotiques, notamment lors des premières phases de l’infection. Ces travaux incluront également l’étude du rôle des endophytes foliaires (bactéries et champignons) dans ce processus.


Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal en collaboration.