Analyse du métabolisme et modélisation des flux dans des tiges de tomate infectées par Botrytis cinerea sous différentes disponibilités en azote

Analyse du métabolisme modélisation des flux dans des tiges de tomate infectées par Botrytis cinerea sous différentes disponibilités en azoteLa nutrition azotée des plantes influence l’intensité des épidémies causées par les champignons pathogènes au travers de phénomènes multiples aux mécanismes encore mal connus. La disponibilité en azote conditionne le métabolisme des tissus de la plante hôte et permet d’assurer le maintien de l’homéostasie cellulaire indispensable à leurs défenses. L’objectif de ce travail était de comparer le métabolisme de tissus de tiges de plantes de tomate saines et infectées par le champignon nécrotrophe Botrytis cinerea, en utilisant des gradients de nutrition azotée aboutissant à des niveaux variables de développement fongique, afin d’identifier les processus métaboliques favorables à la résistance. Des niveaux contrastés de sensibilité à B. cinerea ont été obtenus en cultivant les plantes de tomate à cinq niveaux de nutrition azotée, allant d’un déficit sévère (0.5 mM NO3-) conduisant à une forte sensibilité, à un excès (20 mM NO3-) entrainant une forte résistance. Des échantillons de tige asymptomatiques, exemptes de tissus fongiques, ont été récoltés en bordure des lésions, ou dans des zones équivalentes chez des plantes non inoculées, avant, et 2, 4 et 7 jours après l’inoculation.Une analyse de transcription de gènes, ciblée sur le métabolisme des principaux sucres solubles (saccharose, glucose, fructose), a permis de montrer une expression différenciée des gènes codant pour les invertases, saccharose synthases, hexokinases, fructokinases et phosphofructokinases. En comparaison des plantes mock-inoculées, les plantes infectées par B. cinerea ont présenté à bas niveaux d’azote une répression de la majorité des gènes, tandis qu’ils ont été surexprimés à forte nutrition azotée. Un surcroit d’expression précoce d’un gène de saccharose synthase et de phosphofructokinase, qui semblent être spécifiquement induit par l’infection, a été observé chez les plantes les plus résistantes. Un profilage quantitatif et semi-quantitatif des métabolites primaires et secondaires a indiqué, chez les plantes très sensibles, des contrastes importants entre 0.5 mM et 5 mM d’apport de NO3‒ avec une évolution profonde du métabolisme, alors que les plantes moins sensibles, à forte nutrition azotée, ont présenté peu de molécules marqueurs de l’infection. Une analyse de la croissance des portions de tiges étudiées a montré une croissance en masse chez les plantes infectées, par rapport aux plantes saines, d’autant plus forte que l’azote était limitant. Cette croissance s’est cependant accompagnée d’une baisse (à 2 et 5 mM de NO3‒) ou d’une absence (à 0.5 mM de NO3‒) de l’accumulation de protéines qui semblent être nécessaires à la défense. Un modèle de flux métaboliques, de type flux balance analysis (FBA), a été développé puis contraint avec les données de croissance et les analyses métabolomiques quantitatives. Les flux calculés sont supérieurs au sein du métabolisme central chez les plantes infectées, avec en particulier une activité accrue du métabolisme azoté, de la glycolyse et de la voie des pentoses-phosphates, à carbone importé équivalent. Enfin, des profils hormonaux établis sur les échantillons ont montré des variations de concentrations des hormones associés à la réponse aux stress comme à la croissance. En particulier, suite à l’inoculation, une diminution précoce de la concentration en acide abscissique (ABA) est associée à la sensibilité.En conclusion, ce travail illustre l’importance de l’adaptation du métabolisme et de ses déterminants (expression génique, signalisation hormonale) dans la réponse de tissus puits tels que les tiges, suite à l’infection par un champignon nécrotrophe, et souligne l’intérêt des approches combinées et intégrées d’expression de gènes, de métabolomique et de fluxomique pour l’analyse de l’interaction plantes-pathogènes.