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POUVOIR PATHOGENE DE RALSTONIA ET ADAPTATION A SON ENVIRONNEMENT

Notre recherche vise à comprendre les mécanismes moléculaires permettant à la bactérie pathogène Ralstonia solanacearum de promouvoir la maladie sur une large gamme de plantes hôtes. R. solanacearum, agent causal du flétrissement bactérien, est probablement l'une des phytobactérioses les plus destructives au monde, infectant plus de 200 espèces de plantes réparties dans plus de 50 familles botaniques, et comprenant des espèces agronomiques majeures comme la tomate, la pomme de terre, mais aussi l'arachide et le bananier. D'autres plantes modèles telles que Arabidopsis ou Medicago sont également des hôtes pour cette bactérie, ce qui a facilité l'étude des mécanismes mis en jeu lors de l'interaction entre la plante et l’agent pathogène.

Nous avons développé des approches génétiques et génomiques sur la souche modèle R. solanacearum GMI1000 qui ont permis d'identifier des déterminants essentiels au pouvoir pathogène, tel que le système de sécrétion de Type 3. Ce système de sécrétion, présent chez de nombreuses bactéries pathogènes, est une structure sophistiquée permettant à l’agent pathogène de manipuler la physiologie de son hôte grâce à l'injection de protéines de virulence bactériennes (appelées effecteurs) dans les cellules hôtes.

Nous avons identifié plus de soixante-dix effecteurs protéiques chez R. solanacearum. Les activités moléculaires de la plupart de ces effecteurs sont toujours inconnues, et cette étude représente un axe de recherche majeur de notre équipe pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de la maladie. Dans ce cadre nous recherchons des cibles végétales de ces effecteurs, cibles directes ou indirectes liées à la résistance ou à la sensibilité chez Arabidopsis et chez la Tomate.

Nous nous intéressons également aux mécanismes d’adaptation de la bactérie à son environnement, et notamment à son exceptionnelle capacité à coloniser une large gamme d’hôte. Nous avons ainsi développé une approche d'évolution expérimentale dans laquelle, par des inoculations répétées sur une plante donnée, des variants présentant des gains d’adaptation parasitaire ont été identifiés. La caractérisation des altérations génétiques ou épigénétiques de ces variants à déjà permis de montrer le rôle d’un réseau complexe de régulation des fonctions de virulence dans ces processus d’adaptation. Ces travaux ont récemment été complétés par une approche de biologie des systèmes visant à reconstruire le réseaux métabolique de R. solanacearum et le réseau de régulation de la virulence afin d’étudier l’interconnexion étroite entre métabolisme et virulence. Nous avons également entamé une modélisation de la dynamique infectieuse du pathogène.

Nom equipe

THÈMES DE RECHERCHE

Thèmes de recherche

Analyse fonctionnelle des effecteurs de Type 3

R. solanacearum possède un très large répertoire d'effecteurs de Type 3 (ET3). Une database recense l'ensemble des ET3 dans une large collection de souches. Ces effecteurs étant injectés par la bactérie dans les cellules végétales, leur caractérisation fonctionnelle nécessite donc l'identification et la caractérisation de leurs cibles végétales afin de comprendre leur mode d'action dans la cellule hôte.

A l’issue de comparaisons de nombreuses séquences génomiques, nous avons défini un groupe de ‘core’ effecteurs dont la présence est conservée chez les souches séquencées représentatives de la biodiversité de l’espèce R. solanacearum. Des recherches systématiques d’interacteurs protéiques de ces effecteurs chez la Tomate sont actuellement menées par des approches de double hybride. L’objectif est de réaliser des expériences de génétique-inverse sur ces cibles plante afin de mieux comprendre la contribution de ces interactions ET3-cibles végétales à la mise en place de la maladie du flétrissement bactérien. Grâce à ces connaissances, nous espérons pouvoir trouver (i) des gènes de sensibilité et/ou (ii) des variants alléliques pouvant échapper à la reconnaissance par les ET3, et ainsi proposer de nouvelle stratégies de lutte contre cette maladie bactérienne.

La recherche de gènes associés à la résistance ou à la sensibilité en utilisant des approches de criblage de la diversité naturelle des plantes (approches GWA) est également en cours (Arabidopsis, Tomate).

Plusieurs effecteurs ont été caractérisés fonctionnellement, tels que les effecteurs de la famille RipG, qui comprend 7 gènes et dont les produits possèdent des domaines LRR-F-box typiques de protéines eucaryotes impliquées dans les complexes d’ubiquitination. Une autre voie d'investigation porte sur les mécanismes de régulation de l'activité des effecteurs de type 3, notamment lors de leur translocation dans les cellules végétales. Nous avons identifié plusieurs chaperonnes associées au Type 3 contrôlant la sécrétion de ces effecteurs, et des observations suggèrent qu'une altération de ce processus de sécrétion est préjudiciable sur des hôtes spécifiques.

Notre groupe a également caractérisé plusieurs effecteurs qui déterminent la gamme hôte de R. solanacearum GMI1000. Par exemple, les protéines d'avirulence AvrA et PopP1, qui sont spécifiquement reconnues par le système immunitaire du Tabac et déclenchent une réponse de défense dite 'hypersensible', empêchent l’agent pathogène d'établir une infection sur cet hôte.

Acteurs projet : Stéphane Genin, Nemo Peeters, Patrick Barberis, Isabelle Mila, David Landry.

Adaptation de R. solanacearum à son environnement

Des observations de terrain publiées dans la littérature témoignent régulièrement de l'extension de la gamme d'hôte de R. solanacearum, suggérant que cette bactérie possède un fort potentiel adaptatif lui permettant d'infecter des hôtes multiples appartenant à des familles botaniques éloignées.

Cette propriété offre ainsi une occasion unique d'étudier les mécanismes moléculaires dirigeant ce trait. Nous avons donc amorcé en 2008 un projet d'évolution expérimentale de R. solanacearum par des expériences de passages en série sur différentes variétés et espèces de plantes, suivies par un re-séquençage du génome complet de variants présentant des gains adaptatifs.

Cette approche nous a permis d'identifier des altérations génétiques touchant des gènes régulateurs essentiels pour l'aptitude parasitaire in planta. La caractérisation fonctionnelle de ces gènes est actuellement menée. Plus récemment, nous avons mis en place des travaux visant à déterminer l’importance des altérations épigénétiques dans l’adaptation à l’hôte.

Afin d’étudier dans sa globalité l’adaptation métabolique du pathogène aux conditions physiologiques de l’hôte, nous avons développé une approche de biologie systémique visant à reconstruire à la fois le réseau métabolique et le réseau de régulation de la virulence.

Toutes les réactions métaboliques identifiées à l’échelle du génome ont été manuellement expertisées afin de générer une construction de ce réseau. Des approches de modélisation utilisant ces réseaux sont utilisées afin de prédire les variables environnementales qui contraignent l’aptitude à coloniser efficacement son hôte.

Acteurs projet : Stéphane Genin, Alice Guidot, Caroline Baroukh, Xavier Barlet, Rekha Gopalan Nair, Léo Gerlin.

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