Transcriptome analysis during defense response in the brown alga Laminaria digitata
Analyse du transcriptome des réponses de défense de l'algue brune Laminaria digitata
Résumé
Host-pathogen interactions in terrestrial plants are well described at the physiological, metabolic or molecular levels. However, defense induction and regulation have hardly been studied in marine macroalgae. In the brown alga Laminaria digitata, studies have shown that oligoguluronates elicit defense responses. Significant progress has been made in understanding the signalling events which produce an oxidative burst and confer late resistance. The halogenated metabolism is particularly active in this species. It seems to be involved in defense responses as indicated by the emission of molecular iodine and volatile halogenated organic compounds after elicitation. In this context, this thesis investigated the transcriptome regulation in response to the perception of oligoluronates by substractive suppressive hybridization, macroarray and real time PCR. Differential expression was confirmed for ten genes encoding haloperoxidases, thioredoxins and pentose phosphate pathway enzymes. Theses results suggest that L. digitata has developed an original strategy to cope with oxidative stress. The importance of halogenated metabolism in defense responses was highlighted by differential expression of haloperoxidase members. The specific regulation of a few members of this multigenic family represents the first report confirming that some haloperoxidase members have evolved toward specialized functions. Identification of these defense molecular markers led to the first identification of the intracellular pathway involving defense genes activation in L. digitata. Hydrogen peroxide was found to be a key actor in different pathways of this signaling cascade. The tools developed and the molecular markers identified in this study should make possible to extend the understanding of defense responses in macroalgae in the context of biotic interactions and longdistance signaling.
Alors que la base des interactions hôte-pathogène chez les plantes terrestres sont désormais très bien décrites, que ce soit au niveau physiologique, métabolique ou moléculaire, chez les macroalgues marines les investigations n'en sont qu'à leur début. Chez l'algue brune L. digitata, les études sur les réponses de défense suite à l'élicitation par les oligoguluronates, ont permis d'appréhender la transduction du signal conduisant à la production d'un burst oxydant, ainsi que la mise en place tardive de la résistance. Le métabolisme halogéné est particulièrement actif chez cette algue. Il semble être impliqué dans les réponses de défense comme en témoigne l'émission d'iode moléculaire et de composés organiques halogénés volatils, suite à l'élicitation par les oligoguluronates. Dans ce contexte, j'ai étudié la régulation du transcriptome de L. digitata en réponse à l'élicitation par les oligoguluronates, par hybridation soustractive suppressive, macroarray et PCR Quantitative. J'ai ainsi identifié dix gènes codant notamment des haloperoxydases, des thiorédoxines et des enzymes de la voie des pentoses phosphates. L'induction de ces gènes suite à l'élicitation suggère une gestion originale du stress oxydant chez L. digitata. L'implication du métabolisme halogéné dans les réponses de défense a été mise en avant par l'expression différentielle de certains gènes codant des haloperoxydases. La régulation spécifique de certains de ces gènes apporte la première preuve expérimentale que les différents membres d'haloperoxydases ont évolué vers des fonctions biologiques spécifiques. L'identification de ces gènes comme marqueurs moléculaires des réponses de défense a permis d'établir la première modélisation de la signalisation intracellulaire conduisant à l'activation de gènes de défense de L. digitata et de souligner le rôle du peroxyde d'hydrogène dans plusieurs voies distinctes. Les outils développés et les marqueurs moléculaires identifiés permettront d'approfondir la compréhension des réponses de défense des macroalgues dans le contexte des interactions biotiques et de la signalisation à distance.