Genetic and molecular dissection of hydathodes and vascular immunity in Brassicaceae

Les hydathodes sont décrits pour la première fois à la fin du XIXe siècle, par le botaniste chirurgien microbiologiste Prussien Anton de Bary. Depuis, ces organes, pourtant présents sur les feuilles de la majorité des plantes vasculaires, ne sont étudiés que sporadiquement par la communauté scientifique. Sites de la guttation, les hydathodes se retrouvent à la pointe de la dentelure des feuilles. Constitués de pores dans l'épiderme et d'un parenchyme distinctif lié au système vasculaire, les hydathodes font le lien direct entre le milieu extérieur et les vaisseaux du xylème des feuilles. De façon surprenante, cette voie d'entrée dans les tissus végétaux n'est utilisée que par une poignée d'agents pathogènes. Parmi eux, Xanthomonas campestris pathovar campetris (Xcc) est l'agent responsable de la nervation noire de Brassicacées. Cette bactérie constitue une menace pour l'agriculture, puisqu'elle est capable d'infecter de nombreuses espèces cultivées, telles que les choux et choux-fleurs, le navet, la moutarde, le radis, etc. Si les facteurs de virulence de Xcc sont bien connus, peu d'études se sont attelées à décrypter le rôle des hydathodes dans l'immunité des plantes, alors qu'ils sont le premier lieu de contact entre Xcc et la plante. Au cours de ce projet de thèse, j'ai étudié les spécificités transcriptomiques des hydathodes par rapport au mésophylle et les particularités du métabolome du fluide de guttation en comparaison de celui de la sève brute. J'ai ensuite établi les premières bases génétiques de l'immunité post-invasive des hydathodes de chou-fleur (cultivar Clovis) en comparant leur réponse à une souche virulente et avirulente de Xcc, durant les étapes précoces de l'infection. Dans la deuxième partie du projet, j'ai mis en place un système permettant de cribler un grand nombre de mutants d'Arabidopsis thaliana en réponse à Xcc, qui sera utilisé au sein de l'équipe. Grâce à cette nouvelle méthode, j'ai entamé le criblage d'une collection de mutant d'A. thaliana et identifié plus d'une cinquantaine de lignées dont la sensibilité à Xcc est altérée. Pour finir, dans la troisième partie réalisée dans le cadre d'une collaboration, j'ai exploré le lien entre le nombre d'hydathodes, l'état hydrique des tissus et le comportement infectieux de Xcc. Ce projet apporte des données originales et des outils qui permettront de mieux comprendre le fonctionnement des hydathodes en tant qu'organes ainsi que leur rôle au cours des interactions plantes-pathogènes.Hydathodes were first characterized at the end of the XIXth century by Anton de Bary, a Prussian botanist, surgeon and microbiologist. Since, theses organs are studied sporadically, even if they are present on leaves of most vascular plants. Localized at the leaf serration tips, hydathodes are the sites of guttation. They are composed of pores in the epidermis and of a peculiar parenchyma connected to the vasculature. Hydathodes are thus a link between leaf xylem vessels and the outside world. Surprisingly, only a handful of pathogens can penetrate the plant this way. Xanthomonas campestris pathovar campestris (Xcc), causal agent of black rot of Brassica is one of them. Xcc represent a threat to agriculture, because it can infect many Brassica crops, such as cabbage, cauliflower, turnip, mustard or radish. Xcc virulence factors are well studied, but not much is known about plant immunity inside hydathodes, even if they are the first contact point between Xcc and the plant. During this PhD project, I studied hydathode transcriptomic and guttation fluid metabolomics characteristics. I also established the genetic bases of cauliflower hydathode post-invasive immunity, by comparing hydathodes responses to an Xcc virulent or avirulent strain, during the early stages of infection. In the second part of the project, I set up a method to screen immune defect in many Arabidopsis thaliana mutants in response to Xcc infection. This method will be a future asset for my host team. I also used it to start the screen of a collection of A. thaliana mutants. I identified more than fifty lines with a modified susceptibility to Xcc. Last, I delved into the link between number of hydathodes, water status of tissues and Xcc infectious strategy. This work brings original results and a protocol that will help us to better understand hydathodes biology as plant organs as well as their role during plant-pathogen interactions