La signalisation redox de la NADPH oxydase cible les enzymes métaboliques et les protéines de développement chez le Fusarium graminearum

Citation

Fernando, U., Chatur, S., Joshi, M., Thomas Bonner, C., Fan, T., Hubbard, K., Chabot, D., Rowland, O., Wang, L., Subramaniam, R., Rampitsch, C. (2019). Redox signalling from NADPH oxidase targets metabolic enzymes and developmental proteins in Fusarium graminearum. Molecular Plant Pathology, [online] 20(1), 92-106. http://dx.doi.org/10.1111/mpp.12742

Résumé en langage clair

La NADPH oxydase (NOX) est une enzyme que les plantes, les animaux et les champignons utilisent pour produire des radicaux de l’oxygène. L’enzyme est utilisée à la fois dans leur système immunitaire et pour envoyer des signaux aux cellules afin d’activer divers processus biologiques. Les radicaux de l’oxygène peuvent agir comme de petits interrupteurs qui activent ou désactivent les enzymes, pouvant à leur tour entraîner des changements biologiques à l’intérieur de la cellule. Nous avons comparé un spécimen en santé de Fusarium graminearum, le champignon causant la fusariose de l’épi du blé, avec un Fusarium mutant ne possédant pas l’enzyme NOX et qui ne peut donc pas produire les radicaux de l’oxygène ni envoyer les signaux aux cellules. Ces spécimens mutants ne causent pas la fusariose de l’épi chez le blé. En utilisant la protéomique et la spectrométrie de masse, nous avons pu trouver un grand nombre des enzymes qui sont activées par les radicaux de l’oxygène. De plus, dans certains cas, nous avons pu vérifier que ces enzymes ciblées jouent également un rôle dans la fusariose de l’épi, car si nous les enlevons du génome de Fusarium sain, nous obtenons de nouveau des mutants qui ne causent pas la fusariose de l’épi. Nous avons également été en mesure de montrer avec exactitude, par spectrométrie de masse, quel acide aminé de la protéine cible était activé par le signal du radical de l’oxygène. Ces travaux démontrent que la signalisation par l’intermédiaire des radicaux oxygène réactifs est importante pour permettre au Fusarium graminearum de causer la fusariose de l’épi.

Résumé

© BSPP et John Wiley & Sons Ltd, 2018. La NADPH oxydase (NOX) est l’une des sources d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) modulant l’activité des protéines par la modification de leurs résidus de cystéine. Dans une étude précédente, nous avons démontré l’importance de la NOX dans le développement et la pathogénicité du phytopathogène Fusarium graminearum. Dans cette étude, nous avons utilisé la protéomique comparative entre le type sauvage et un mutant pour la Nox de F. graminearum afin d’identifier les résidus de cystéine active sur des protéines candidates sensibles à la redox. Une approche sur gel à deux dimensions basée sur le marquage par réaction de monobromobimane (mBBR) a permis d’identifier 19 protéines candidates et a été complétée par une approche tronquée, sans gel, basée sur une méthode biotin switch, qui a donné 99 protéines candidates. Les résultats indiquent que, outre la régulation temporelle, un grand nombre d’enzymes métaboliques primaires sont potentiellement ciblées par les ERO générées par NoxAB. Une perturbation ciblée de ces gènes métaboliques a montré que, même si certains ne sont pas indispensables, d’autres sont essentiels. En plus des enzymes métaboliques, des protéines de développement, telles que la protéine principale des corps de Woronin (FGSG_08737) et une protéine ancrée par un glycosylphosphatidylinositol (GPI) (FGSG_10089), ont également été identifiées. La délétion de l’un ou l’autre de ces gènes a réduit la virulence de F. graminearum. De plus, le changement des résidus de cystéine modifiés par la réaction redox (Cys 325) dans FGSG_10089 en sérine ou en phénylalanine a donné un phénotype similaire à celui de la souche d’inactivation génique FGSG_10089, qui présentait une virulence réduite et une morphologie de paroi cellulaire modifiée; cela souligne l’importance de Cys 325 pour la fonction de la protéine. Nos résultats indiquent que les ERO générées par NOX agissent comme signaux intracellulaires chez F. graminearum et modulent l’activité des protéines affectant le développement et la virulence de la maladie in planta.