QIP_team_WEB.jpg

QIP

IMMUNITE QUANTITATIVE CHEZ LES PLANTES

Immunité quantitative chez les plantes

L’importance et la complexité des voies de perception et de signalisation dans la régulation et l’exécution des réponses immunitaires chez la plante sont apparues au cours des dernières années. L’immunité médiée par les genes R a notamment été largement étudiée et confère une résistance totale des populations végétales. Cependant, cette forme de résistance est communément rapidement contournée par les agents pathogènes au champ, et en outre n’est pas observée en réponse à certains pathogènes. L’attention s’est de ce fait, portée sur d’autres formes de résistance pour l’amélioration des plantes, mais elles sont encore peu comprises.  

En absence de résistance qualitative, une résistance partielle appelée résistance quantitative (QDR, quantitative disease resistance) est souvent observée, conduisant à une réduction plutôt qu’à une absence, de maladie.  Plusieurs loci conférant une résistance quantitative se sont révélés durables, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces réponses immunitaires quantitatives demeurent très peu connus. 

Légende de la Figure : 

 

A Gauche: Une réponse typique de résistance de type R observe sur des chênes infectés par l’agent pathogène Phytophthora ramorum (Photo: D. Rizzo, National Science Foundation); le schema dessous illustre de façon simplifiée les bases moléculaires de cette interaction (marron = cellule du pathogène, vert= cellule végétale).

 

A droite: Une réponse typique de résistance quantitative observe dans la nature (Photo: G. Gilbert, National Science Foundation), avec (dessous) un modèle simplifié représentant les bases moléculaires supposées de cette forme de résistance. A lire:Roux F, Voisin D, Badet T, Balagué C, Barlet X, Huard-Chauveau C, Roby D, Raffaele S. Resistance to phytopathogens e tutti quanti: placing plant quantitative disease resistance on the map. Mol Plant Pathol. 2014 Jun;15(5):427-32.

 

Pour décoder les mécanismes moléculaires associés à l’immunité quantitative,  nous développons un programme de recherche multidisciplinaire axé sur l’utilisation  de la plante modèle Arabidopsis thaliana en interaction avec la bactérie pathogène Xanthomonas campestris ou le champignon pathogène Sclerotinia sclerotiorum. Ce sont deux pathogènes majeurs des plantes du genre Brassica (colza, chou, endive,  moutarde,...) qui ont des modes de vie distincts permettant d’explorer la diversité de l’immunité quantitative chez les plantes.

L’espèce Xanthomonas représente une contrainte majeure pour la production de plantes et de graines pour des espèces d’intérêt agronomique, plus spécifiquement  les Brassica et les Solanaceae, causant la pourriture noire (black rot) et la maladie des tâches bactériennes (bacterial spot), respectivement. L’espèce phytopathogène Xanthomonas a une aire de distribution géographique large, causant des baisses de rendement et de qualité, et son incidence est supposée augmenter du fait du changement climatique. Au-delà du déploiement de gènes de résistance, il n’existe pas de moyen de lutte efficace à ce jour pour le contrôle de Xanthomonas.

 

Par consequent, nous avons adopté une stratégie interdisciplinaire  incluant génétique moléculaire et biologie évolutive en  collaboration avec Fabrice Roux (LIPM, Toulouse) pour l’identification de composantes clé de la QDR à Xanthomonas. Nos objectifs sont les suivants: (i) décoder les voies conduisant à la résistance de type QDR et identifier leur positionnement potentiel par rapport aux voies de résistance déjà connues; (ii) élucider les forces écologiques et évolutives qui contrôlent  la diversité génétique naturelle observée pour ces gènes QDR.

Le champignon pathogène Sclerotinia sclerotiorum est un pathogène généraliste, infectant une large gamme d’espèces d’hôtes (>400) dans la nature. C’est l’un des phytopathogènes les plus dévastateurs au monde et il cause la maladie sur de nombreuses espèces cultivées incluant  le soja, le colza, le tournesol et de nombreux légumes, mais  peu de solutions pour le  controle génétique de cette maladie existent à l’heure actuelle. S. Sclerotiorum infecte naturellement les espèces sauvages et cultivées  de l’espèce Brassica, incluant la plante modèle Arabidopsis thaliana. 

 

Nous développons des approches multidisciplinaires centres sur l’interaction A. thaliana – S. sclerotiorum pour répondre aux questions suivantes: (i) quels sont les gènes végétaux qui sont impliqués dans l’immunité quantaitive à Sclerotinia? Comment contribuent ils à la résistance  ? (ii) quels sont les mécanismes utilises par Sclerotiniapour coloniser ses hôtes? Comment évoluent-ils?

Légende de la figure : Illustration des deux pathosystèmpes principaux utilises dans le groupe. A gauche: La bactérie Xanthomonas campestris (Xcc) en culture in vitro; A droite: Sclerotinia sclerotiorum (Ss) en culture in vitro. Au milieu: Une image composite d’une plante d’Arabidopsis thaliana montrant des symptômes causés par Xcc sur le côté gauche et par  Ss sur le côté droit.

quantitative-immunity-in-plants.jpg
resistance.jpg
pathosystems.jpg
 

THÈMES DE RECHERCHE

Les voies immunitaires dépendantes de RKS1
 

Nous avons récemment identifié chez Arabidopsis thaliana par clonage positionnel et Genome Wide Association (GWA) mapping, le gène RKS1 sous-tendant un QTL majeur contrôlant la résistance à la plupart des pathovars de Xcc identifiés à l’origine sur des crucifères cultivées. Ce gene code une  kinase atypiqsue. L’analyse fonctionnelle de ce gène (et de ses variants moléculaires)  et la caractèrisation des voies régulatrices contrôlant et contrôlées par RKS1, sont en cours d’étude. RKS1 (ainsi que d’autres gènes candidats) seront directement testés à haut debit et à travers une approche non-OGM, pouir leur valeur potentielle (allèles et orthologues) pour le contrôle des pathogènes dans les plantes d’intérêt agronomique (Brassica, tomate, piment) dans des programmes d’amélioration.




 

 

 

 

 

 

 







 

Publications récentes représentatives :
 

ZRK atypical kinases: emerging signaling components of plant immunity. Roux F, Noël L, Rivas S, Roby D. New Phytol. 2014 Aug;203(3):713-6.

Huard-Chauveau C, Perchepied L, Debieu M, Rivas S, Kroj T, Kars I, Bergelson J, Roux F, Roby D. An atypical kinase under balancing selection confers broad-spectrum disease resistance in Arabidopsis. PLoS Genet. 2013;9(9):e1003766. doi: 10.1371/journal.pgen.1003766. Epub 2013 Sep 12. PubMed PMID: 24068949; PubMed Central PMCID: PMC3772041.

 

Contact : Dominique Roby

 

Bases génétiques et moléculaires de la résistance dans le pathosystème naturel A. thaliana–Xanthomonas
 

Xanthomonas est l’un des quelques pathogènes naturels d’A. thaliana, et il est fortement prévalent dans les populations naturelles d’A. thaliana. En collaboration avec Fabrice Roux (LIPM, Toulouse) et Joy Bergelson (University of Chicago), nous avons identifiédes souches de  Xanthomonas dans les populations naturelles d’Arabidopsis. 

Maintenant notrec recherché vise à  (i) cartographier finement par GWA mapping les regions génomiques associées avec la  variation naturelle de la résistance quantitative à Xc, (ii) valider functionellement les gènes candidats, and (iii) élucider les  forces écologiques et évolutives qui contrôlent la diversité naturelle observée pour ces gènes QDR.

 

Publications récentes représentatives :
 

Debieu M, Huard-Chauveau C, Genissel A, Roux F, Roby D. Quantitative disease resistance to the bacterial pathogen Xanthomonas campestris involves an Arabidopsis immune receptor pair and a gene of unknown function. Mol Plant Pathol. 2016 May;17(4):510-20.

Le Roux C, Del Prete S, Boutet-Mercey S, Perreau F, Balagué C, Roby D, Fagard  M, Gaudin V. The hnRNP-Q protein LIF2 participates in the plant immune response.  PLoS One. 2014 Jun 10;9(6):e99343.

Contact : Dominique Roby

 

Caracterisation des mécanismes moléculaires sous-tendant l’immunité quantitative chez Arabidopsis au champignon  Sclerotinia sclerotiorum
 

Grâce à l’utilisation de populations mondiales d’Arabidopsis thaliana, nous avons mis en évidence une forte variation de l’immunité quantitative à S. sclerotiorum, ouvrant ainsi la voie à la caractérisation moléculaire des déterminants végétaux et fongiques  de cette interaction. Les objectifs de ce projet sont d’identifier quels gènes végétaux sont impliqués  dans l’immunité quantitative à S. sclerotiorum et de comprendre  comment ils contribuent à la résistance. Pour cela, nous développons notamment des approches de genome wide association mapping, de génétique.
 

Légende de la figure : A) Gamme des symptomes sur des feuilles d’Arabidopsis thaliana inoculées par S. sclerotiorum avec une illustration de l’  « image processing » utilisé pour quantifier la. B) Structure moléculaire de la protein fongique predate pour  faciliter la colonisation de l’hôte. C) Genome wide association mapping de gènes végataux contribuant à la QDR, avec une carte du monde indiqant l’origine des accessions de plantes utilisées

Publications récentes représentatives :

Le Roux C, Huet G, Jauneau A, Camborde L, Trémousaygue D, Kraut A, Zhou B, Levaillant M, Adachi H, Yoshioka H, Raffaele S, Berthomé R, Couté Y, Parker JE, Deslandes L. A receptor pair with an integrated decoy converts pathogen disabling of transcription factors to immunity. Cell. 2015 May 21;161(5):1074-88.

Roux F, Voisin D, Badet T, Balagué C, Barlet X, Huard-Chauveau C, Roby D, Raffaele S. Resistance to phytopathogens e tutti quanti: placing plant quantitative disease resistance on the map. Mol Plant Pathol. 2014 Jun;15(5):427-32.

Bozkurt TO, Richardson A, Dagdas YF, Mongrand S, Kamoun S, Raffaele S. The Plant Membrane-Associated REMORIN1.3 Accumulates in Discrete Perihaustorial Domains and Enhances Susceptibility to Phytophthora infestans. Plant Physiol. 2014 May 7;165(3):1005-1018.

Contact : Sylvain Raffaele

Thigmoimmunité: contribution du signal mécanique à l’immunité quantitative contre Sclerotinia

Durant leur interaction avec les plantes, et avant pénétration tissulaire et and dégradation, les pathogènes fongiquesl dévelopent des charges importantes mécaniques susceptibles d’émettre des signaux mécaniques (MS) et d’initier la défense des plantes. Les charges mécaniques sont dues à la forte pression de turgescence créée par l’eau de la vacuole des appressoria les propriétés mécaniques de la paroi fongique.

 

Ce stress mécanique est en general suffisant pour pénétrer dans les cellules végétales.  Le “mechanosensing” intervient au niveau de la cellule végétale et repose sur l’état mécanique de la cellule.

Des études récentes démontrent un lien entre mechanosensing et réponse immunitaire de la plante à B. cinerea chez Arabidopsis thaliana: les plantes soumises au  MS montrent une résistance accrue à l’infection fongique suggèrant un effet de priming provoqué par un  mechanosensing stérile. A l’avenir, nous essaierons de comprendre si le mechanosensing par contact fongique ou penetration per se, en plus de la perception des PAMP, conduit à une résistance accrue de la plante.

 

Liens :


http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2016.00422/full


Mechanoperception and thigmomorphogenesis at INRA


http://www6.ara.inra.fr/piaf_eng/About/Teams/MECA

Publications récentes représentatives :

Mbengue M, Navaud O, Peyraud R, Barascud M, Badet T, Vincent R, Barbacci A, Raffaele S. Emerging Trends in Molecular Interactions between Plants and the Broad Host Range Fungal Pathogens Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum.  Front Plant Sci. 2016 Mar 31;7:422.

Barbacci A, Magnenet V, Lahaye M. Thermodynamical journey in plant biology. Front Plant Sci. 2015 Jun 30;6:481.

 

Contact : Adelin Barbacci

Adaptations fongiques à l’immunité quantitative végétale

Les champignons pathogènes constituen,t des menances importantes pour l’alimentation et l’environnement. Les pathogènjes fongiques généralistes comme S. sclerotiorum, qui infectent une large gamme d’espèces végétales dans la nature, sont parmi les plus dévastateurs au monde.

 

La gamme d’hôtes qu’un pathogène peut infecter dans la nature est un determinant clé de l’émergence et de la propagation des maladies. Comment les pathogènes évoluent ils pour développer la capacité à infecter plusieurs hôtes, demeure une énigme. A travers ce pojet, nous posons les questions suivantes: Quels sont les mécanismes utilizes par Sclerotinia pour coloniser ses hôtes? Quels sont les processus évolutifs qui conduisent aux processus de virulence et d’imminité? Ce travail repose essentiellement sur des approaches de génomique comparative, de transcriptomique, de phylogenie, et de biologie des systémes.

Légende de la figure : A) S. sclerotiorum colonisant une feuille  d’Arabidopsis en utilisant une souche  exprimant la protéine GFP. B) Un diagramme Circos illustrant la génomique comparative des espèces fongiques relatives à S. sclerotiorum. C) Arbre  phylogénétique des champignons de la famille des Sclerotiniaceae.

Publications récentes représentatives :

Dong S, Raffaele S, Kamoun S. The two-speed genomes of filamentous pathogens:  waltz with plants. Curr Opin Genet Dev. 2015 Dec;35:57-65. doi: 10.1016/j.gde.2015.09.001.

Badet T, Peyraud R, Raffaele S. Common protein sequence signatures associate with Sclerotinia borealis lifestyle and secretion in fungal pathogens of the Sclerotiniaceae. Front Plant Sci. 2015 Sep 24;6:776.

Guyon K, Balagué C, Roby D, Raffaele S. Secretome analysis reveals effector candidates associated with broad host range necrotrophy in the fungal plant pathogen Sclerotinia sclerotiorum. BMC Genomics. 2014 May 4;15:336.

Contact : Sylvain Raffaele

Collaborations

  • Bruno Grezes-Besset; Biogemma Mondonville

  • Fabrice Roux; LIPM Toulouse

  • Sébastien Mongrand; LBM Bordeaux

  • John P. Clarkson; University of Warwick (UK)

  • Richard P. Oliver, Mark Derbyshire, Matthew Denton-Giles; Curtin University (Aus)

  • Lone Buschwaldt; University of Saskatchewan (Can)

  • Jan van Kan, Michael Siedl; Wageningen University (NL)

  • Sophien Kamoun; The Sainsbury Laboratory Norwich (UK)

  • Jean-Charles Portais, Pierre Millard; LISBP Toulouse

  • Ludovic Cottret, Lucas Marmiesse; LIPM Toulouse

Financements

  • Contrat ANR-Investissement d’Avenir LabEx TULIP, 2011-2020, Coordinateurs ROBY Dominique /Danchin Etienne, 9 000 k€

  • Contrat Marie Curie CIG grant – European commission FP7, « Identification of Sclerotinia sclerotiorum Effector Proteins mediating virulence on Arabidopsis thaliana ecotypes (SEPAraTE) », 2013-17, Coordinateur Sylvain Raffaele, 100 k€

  • Contrat ERC Starting Grant Conseil Européen « Understanding White mold disease quantitative resistance using natural variation (VariWhiM) », scientific coordinator Sylvain Raffaele, 2013-2018, 1500 k€.

  • Projet TULIP “New Frontiers” “Virulence function and evolution of Sclerotinia signals manipulating plant RNA silencing pathways (ScleRNAi)”, Coordinateur S. Raffaele, 2014-16, 119 k€.

  • Contrat ANR RIPOSTE “Exploitation of pathogen quantitative resistance diversity to improve disease tolerance in crops”, Coordinateur D. Roby, 2014-2018, 248 k€.

  • Projet Département INRA – SPE. “Identification of genetic factors underlying potential disease outbreaks of the bacterial pathogen Xanthomonas campestris” PI : Fabrice Roux, 2016 – 2017, 40k€.

RSK1.jpg
molecular-mechanisms.jpg
fungal-adaptation.jpg
 

MEMBRES

Image-empty-state.png

Nom & Prénom

Statut

Image-empty-state.png

Nom

Statut

Image-empty-state.png

Nom

Statut

Image-empty-state.png

Nom

Statut

Image-empty-state.png

Nom

Statut

Image-empty-state.png

Nom

Statut

 

PUBLICATIONS

LISTE DYNAMIQUE