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The Root Extracellular Trap, a Network at the Heart of Root Defense : Molecular and Functional Characterization in Two Leguminous Species, Glycine Max (Merr.) L. and Pisum Sativum L.
No full textChez les plantes, le RET (Root Extracellular Trap) est une structure cellulo-moléculaire jouant un rôle central dans la défense racinaire face aux stress abiotiques et biotiques. De nombreuses similitudes de composition ont été observées entre le RET et le NET (Neutrophil Extracellular Trap) du système immunitaire des mammifères, connu pour capturer et tuer certains microorganismes bactériens et fongiques. Le RET est composé de cellules frontières et de leurs sécrétions (composés de haut et de bas poids moléculaire) comprenant des polysaccharides de la paroi cellulaire, des protéoglycannes et des métabolites secondaires. Il contient également des protéines antimicrobiennes et de l'ADN extracellulaire, tout comme le NET. Dans le cadre de mon projet de thèse, nous avons caractérisé la composition moléculaire et la structuration de cette entité de défense chez deux légumineuses, le soja (Glycine max (Merr) L.) et le pois (Pisum sativum L.), par des approches d’imagerie cellulaire photonique et électronique. Nous avons également étudié l’impact du RET du soja sur des pathogènes telluriques, à savoir Phytophthora parasitica et Aphanomyces euteiches. Nous avons ainsi pu mettre en évidence la présence de différents morphotypes de cellules frontières et de mucilage au sein du RET de soja et de pois. Pour la première fois, nous avons montré la présence d’hétéromannanes, de xyloglucane et de cellulose dans le RET, formant une ossature stabilisant le mucilage et reliant les cellules frontières entre elles. Ces polysaccharides structuraux semblent être essentiels à l’intégrité structurale et fonctionnelle du RET. Enfin, nos résultats ont montré que le RET de soja était impliqué dans la défense précoce de la racine contre P. parasitica. Cette étude apporte de nouvelles connaissances relatives à la composition moléculaire et la structure du RET, nous amenant ainsi à comparer le RET à d’autres modèles que le NET des mammifères, tels que les biofilms bactériens et les mucilages de graines. En effet, de nombreuses similitudes existent entre ces différents complexes en termes de composition et de fonctionnement, qui méritent d’être explorer plus en détail dans l’avenir.In higher plants, the RET (Root Extracellular Trap) is a complex made up of border cells and secretions, released by root tips and believed to play a central role in biotic and abiotic stress tolerance. This structure is quite similar to the Neutrophil Extracellular Trap (NET) known as one of the first lines of defense in mammals, able to trap and kill microbial pathogens. RET secretions consist of high and low-molecular weight compounds including cell wall polysaccharides, proteoglycans and secondary metabolites. They also contain a variety of anti-microbial proteins and extracellular DNA much like the NET. During my thesis work, we investigated the release and morphology of root border cells in soybean (Glycine max (Merr) L.) using light and scanning electron microscopy. The molecular composition of the mucilage was also investigated using immunocytochemistry, anti-cell wall glycan antibodies and confocal microscopy. Immunocytochemistry was also applied to pea (Pisum sativum L.) border cells and secretions to examine the occurrence of specific polysaccharides. We also studied the impact of soybean RET on the soilborne pathogens, Phytophthora parasitica and Aphanomyces euteiches. Our findings showed that root tips of soybean released three border cell morphotypes all of which secreted substantial amounts of mucilage. Immunocytochemical data showed that mucilage was enriched in pectin and the two hemicellulosic polysaccharides xyloglucan and heteromannan. Mucilage also contained cellulose, histone and extracellular DNA. Interestingly, the structural polysaccharides formed a fibrous network surrounding the cells and holding them together, supporting their role in maintaining mucilage architecture and integrity. In addition, we found that xyloglucan and cellulose were also secreted into the mucilage of pea, connecting border cells together. Finally, our findings revealed that RET prevented P. parasitica zoospores from colonizing soybean root tip, by stopping their penetration and inducing their death. Overall the study revealed novel insights into the composition, structure and function of plant RETs. Currently, the RET is much less studied than its mammal counterpart, the NET, but structural and functional similarities exist between these two traps. Interestingly, similarities do also exist between the RET and other important biological complexes, including bacterial biofilms and seed mucilage, that deserve to be further investigated and compared in the context of immunity
Structural and Biochemical Changes in Salicylic-Acid-Treated Date Palm Roots Challenged with<i>Fusarium oxysporum</i>f. sp.<i>albedinis</i>
No full textHistochemical and ultrastructural analyses were carried out to assess structural and biochemical changes in date palm roots pretreated with salicylic acid (SA) then inoculated withFusarium oxysporumf. sp.albedinis(Foa). Flavonoids, induced proteins, and peroxidase activity were revealed in root tissues of SA-treated plants after challenge by Foa. These reactions were closely associated with plant resistance to Foa. Host reactions induced after inoculation of SA-treated plants with Foa included the plugging of intercellular spaces, the deposition of electron-dense materials at the sites of pathogen penetration, and several damages to fungal cells. On the other hand, untreated inoculated plants showed marked cell wall degradation and total cytoplasm disorganization, indicating the protective effects provided by salicylic acid in treated plants.</jats:p
Plant Immunity : Role of the root extracellular trap of two Fabaceae species in the interactions between the root tip and soil microorganisms.
No full textLes cellules de la coiffe racinaire et les cellules bordantes et apparentées (AC-DC) libèrent un mucilage principalement composé de glycopolymères, mais également d’ADN extracellulaire. Cette matrice mucilagineuse associée aux AC-DC forme une structure dense, connue sous le nom de piège extracellulaire de racine ou RET, qui entoure l'apex racinaire. Dans cette étude nous avons caractérisé la composition du RET du soja (Glycine max) et du pois (Pisum sativum) par immunomarquages de surface et par chromatographie gazeuse. Les résultats ont montré que les polysaccharides majoritairement présents dans le RET sont les pectines, en majorité des RG-I très ramifiés, et les xyloglucanes. Les zones de l’apex racinaire et d’élongation, et le RET ont une composition différente, ce qui suggère une spécificité des tissus, capable d’assurer des fonctions particulières, notamment dans les interactions entre la racine et les microorganismes. Par la suite, nous avons étudié l’effet du RET du soja et du pois sur le comportement de deux bactéries, Pseudomonas fluorescens et Bacillus subtilis, ainsi que sur les zoospores d’un oomycète, Phytophthora parasitica. Pour ce faire, des tests de confrontation ont été menés, puis chaque microorganisme a été suivi à l'aide d'un logiciel d’imagerie et son déplacement a été caractérisé. Ainsi, les observations au microscope ont notamment révélé que les bactéries sont filtrées par le RET, alors que les zoospores ne le sont pas. Toutefois, lorsque les microorganismes pénètrent le réseau mucilagineux, ils présentent une mobilité très fortement affectée, par rapport à ceux restant à l'extérieur du RET. A l’intérieur du réseau, les vitesses de déplacement sont considérablement réduites, d’un facteur trois pour les bactéries et d’un facteur quatre pour les zoospores, avec des trajectoires très fortement altérées. Ces résultats indiquent que le RET du soja et du pois entrave le déplacement des microorganismes et, par conséquent, leur migration vers la racine. Enfin, nous avons tenté de déconstruire le RET via l’utilisation d’enzymes hydrolytiques et suivi les changements par imagerie et par chromatographie d’exclusion stérique. Les résultats ont révélé que le RET était particulièrement résistant aux différents traitements enzymatiques, ce qui est très probablement dû à la composition et l’organisation des polymères dans le RET.Root cap cells and root associated, cap-derived cells (AC-DC) release a dense mucilage composed mainly of glycopolymers, and extracellular DNA. This mucilaginous matrix associated with the AC-DC forms a complex structure, known as the Root Extracellular Trap (RET), which surrounds the root tip. In this study we characterized the composition of the RET of soybean (Glycine max) and pea (Pisum sativum) by using immunocytochemistry and gas chromatography. The results showed that the polysaccharides predominantly present in the RET are pectins, mainly highly branched RG-I, and xyloglucans. The root elongation and meristematic zones and the RET exhibit different composition, which suggests a specificity of the tissues, able to ensuring specific functions, particularly in the interactions between the root and soil microorganisms. Then, we studied the effect of RET from soybean and pea on the behaviour of two bacteria, Pseudomonas fluorescens and Bacillus subtilis, and on the zoospores of an oomycete, Phytophthora parasitica. To this end, comparison tests were carried out, then microorganisms were tracked using imaging software and their movements were characterized. Microscopic observations revealed that bacteria are seived by the RET, while zoospores are not. However, when the microorganisms penetrate the mucilaginous network, their mobility is greatly affected compared with those remaining outside the RET. Within the RET, the speeds are considerably reduced, by a factor of three for bacteria and a factor of four for zoospores, with very strongly altered trajectories. These results indicate that the RET of soybean and pea hinders the movement of microorganisms and, consequently, their migration towards the root. Finally, we attempted to deconstruct the RET using hydrolytic enzymes (i.e. glycosidases and DNase) and monitored the changes using imaging and steric exclusion chromatography. The data revealed that the RET was particularly resistant to the various enzymatic treatments, which is most likely due to the composition and complex organization of the polymers within the RET
Cell wall involvement in desiccation tolerance in the resurrection plant Craterostigma wilmsii
No full textBibliography: leaves 92-129.Resurrection plants have the unique capacity to revive from an air-dried state. In order to cope with desiccation, resurrection plants have to overcome a number of stresses, mechanical stress being one. This occurs when the cytoplasm shrinks creating tension between the plasma membrane and the cell wall. In leaves of the Craterostigma species, an extensive shrinkage occurs during drying as well as a considerable wall folding. It is thought that this folding is a well controlled process rather than a simple collapse and that the ability of the wall to fold is important for the viability of the tissues upon drying. The aim of this study was to characterize the cell wall architecture and composition in hydrated and dry leaves of C. wilmsii using microscopical and biochemical techniques. Calcium and hormone contents were also determined during drying. The development of anhydrous fixation for microscopy confirmed the important folding of the wall previously observed with chemical fixation. Using immunocytochemical techniques and a variety of well characterized antibodies, the nature and composition of wall polymers was investigated. There was nothing unusual in the wall composition of C. wilmsii leaves as compared with other dicotyledonous plants. The results show a significant increase of the hemicellulosic polysaccharide xyloglucan and of the unesterified pectins during drying with levels declining again during rehydration. In contrast no increase was observed in others polysaccharides such as ß (1-4) galactans and methylesterified pectins. Biochemical analysis allowed further characterization of cell wall composition of C. wilmsii. The data demonstrate marked changes in the pectic and hemicellulosic wall fraction from dry plants compared to hydrated ones. The most conspicuous change was a decrease in glucose content in the hemicellulose fraction of the dry plant. Together these findings show that dehydration causes important alteration of polysaccharides content in the cell wall of C. wilmsii. Such modifications might be involved in the modulation of the mechanical properties of the wall during dehydration. Furthermore calcium ions content was shown to increase in the cell wall of dry plants, this could also have a role in stabilizing the wall architecture. All these alterations might be under the control of auxin, an hormone whose content was shown to increase during dehydration
Structure and function of the Golgi apparatus of human dermic fobroblasts in the ageing process : towards an innovative strategy of screening dermocosmetically active agents with anti-ageing effect
No full textLa peau est un organe se trouvant à l’interface de notre organisme et de notre environnement. Ellesubit un vieillissement qui se traduit par des modifications affectant ses différentes couches. Parmi celles-cile derme est particulièrement affecté. Les fibroblastes, présents dans le derme, synthétisent des moléculesde la matrice extracellulaire ainsi que des enzymes de dégradation. Lors du vieillissement, cette sécrétionest modifiée favorisant ainsi la sécrétion d’enzymes et la dégradation du derme. L’un des objectifs de ces travaux de thèse est d’évaluer les modifications ayant lieu chez les fibroblastes lors du vieillissement. Pour cela, trois modèles de vieillissement de fibroblastes primaires dermiques humains ont été développés et caractérisés. Une étude transcriptomique a été réalisée par PCR quantitative en temps réel et a permis de mettre en évidence des différences d’expression de gènes codant pour des composants du derme. Dans le but de développer des actifs cosmétiques à visée « anti-âge », des extraits riches en polysaccharides ont été réalisés à partir de plantes et de microorganismes, puis leur efficacité a été évaluée sur des modèles de peaux humaines. L’appareil de Golgi est un organite jouant un rôle majeur dans la modification post-traductionnelle et la sécrétion. La modification structurale de celui-ci lors du vieillissement a été évaluée sur les modèles de fibroblastes en utilisant des techniques de microcopie optique et électronique. Les résultats montrent une altération de la morphologie du réseau trans-golgien chez les fibroblastes sénescents, l’un des modèles développés au cours de ces travaux. Chez ces cellules, le TGN présente une morphologie particulière qui s’étend dans le cytoplasme. Ainsi, lors de la sénescence, nous avons pu révéler par le biais d’une étude transcriptomique que l’expression de gènes impliqués dans la structure et la fonctionnalité de l’appareil de Golgi étaient modifiée. Les résultats obtenus lors de cette thèse ont permis de mettre en évidence de nouveaux marqueurs biologiques innovants pour le criblage d’actifs dermo-cosmétiques à visée «anti-âge».Skin is an important organ of the human body representing a protective structure in direct contactwith the external environment. During aging, skin undergoes dramatic changes including alteration ofdermal cells and components. Among these, fibroblasts synthetize and secrete a large variety ofcomponents and degrading enzymes involved in the modulation of dermal structure and functions. It isestablished that modification of the secreted components and enzymes during aging is related to dermisdegradation. This work aims to characterize aging-related alteration in fibroblasts. For this purpose, three aged human dermal primary fibroblast models have been developed. A transcriptomic study, using real-time quantitative PCR, has also been undertaken and has shown modifications in the expression of genesencoding dermal proteins. Using these results and in order to develop “anti-aging” cosmetic ingredients, extracts from polysaccharides-rich plant and microbial cells have been prepared and their efficiency evaluated on skin explants.As the Golgi apparatus is a major organelle of the secretory pathway, its structural organization has been investigated in fibroblasts using microscopy. The data show a marked alteration of trans-Golgi network morphology in aged cells. In contrast to its small and compact structure in young cells, the trans-Golgi network displays a large and expanded configuration in senescent cells. In addition, a transcriptomic analysis reveals that the expression of some genes, related to Golgi shape and/or function, is significantly modified in senescent cells. These genes could be then, used as innovating targets for the screening of novel dermo-cosmetic products with anti-aging activity
Role of extensins and their glycosylation in root defence
No full textLes extensines sont des glycoprotéines pariétales appartenant à la famille des HRGPs (Hydroxyprolin-rich glycoproteins) impliquées dans plusieurs fonctions telles que la croissance, le développement et la défense des plantes contre les pathogènes. Toutefois, leur mode d’action dans la réponse immunitaire végétale n’est pas encore bien connu et reste à élucider. Les extensines interviennent dans le renforcement de la paroi, un des premiers remparts cellulaires contre les pathogènes, en se liant entre elles de manière intra- et intermoléculaire. Ce « cross-linking » est catalysé par des enzymes peroxydases spécifiques et nécessite une correcte conformation des extensines, laquelle est conférée par leur partie glycosylée. Dans ce projet de thèse, nous avons donc entrepris d’étudier l’impact de la glycosylation des extensines sur la défense racinaire et tenté de caractériser, de manière préliminaire, des peroxydases potentiellement impliquées dans le « cross-linking » chez Arabidopsis thaliana. Des techniques d’immunocytochimie réalisées sur une sélection de mutants affectés dans la glycosylation des extensines ont révélé une modulation de la distribution des extensines dans la racine d’A. thaliana en réponse à une élicitation avec un peptide bactérien, la flagelline 22. L’un des résultats majeurs de cette étude a été de montrer l’importance de l’arabinosylation des extensines dans la colonisation de la racine par l’oomycète pathogène Phytophthora parasitica. Ainsi, l’ensemble de ces résultats nous apermis d’élaborer un modèle proposant d’illustrer l’importance de l’arabinosylation des extensines dans l’organisation et l’architecture de la paroi, modulant ainsi l’adhésion du pathogène sur les cellules de la racine et influençant in fine la colonisation de cette dernière.Extensins are cell wall glycoproteins involved in various biological processes including plantprotection. However, their mode of action in plant immunity response is not clearly established and remains to be elucidated. Extensins are able to strengthen the cell wall, one of the first cellular barriers against pathogens, through intra- and intermolecular cross-links. This cross-linking is catalysed by specific peroxidase enzymes and requires a correct conformation of extensins conferred by their glycan moiety. This PhD project aimed to investigate the impact of extensin glycosylation in root defence and to characterize, as a preliminary study, the peroxidases potentially involved in the extensin crosslinking in Arabidopsis thaliana. Through immunocytochemistry techniques on mutants impaired withextensin glycosylation, we have revealed that a modulation of extensin distribution occurs in A. thaliana root in response to elicitation with the bacterial peptide, flagellin 22. We have also showed that extensin arabinosylation plays a major role, although probably indirect, in the root colonization by the pathogen oomycete Phytophthora parasitica. We have therefore elaborated a model proposing to illustrate the importance of extensin arabinosylation in the cell wall organization and architecture,modulating pathogen adhesion on root cells and influencing in fine root colonization
Etude du role de la glycosylation dans l'exportation des proteines par des suspensions cellulaires de sycomore (Acer pseudoplatanus L.)
No full textSIGLEINIST T 71456 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc
Le projet Skinoflor : une liaison heureuse entre la recherche académique et la cosmétique
No full textNational audienc
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