PDF - Thèses INP Toulouse

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TH HÈ ÈS SE E
En vue de l'obtention du
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Délivré par L'Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité :
Génétique et physiologie moléculaires des plantes et microorganismes associés
JURY
Frédérique VAN GIJSEGEM, Chargée de recherche, INRA, Paris, Rapporteur
Bruno TOURAINE, Professeur de l’université de Montpellier, Rapporteur
Philippe SIMONEAU, Professeur de l’université d’Angers, Examinateur
Stéphane GENIN, Directeur de recherche, CNRS, Toulouse, Examinateur
Marie-Françoise JARDINAUD, Maitre de Conférence à l’ENSAT, Co-directrice de thèse
Laurent GENTZBITTEL, Professeur à l’ENSAT, Directeur de thèse
Ecole doctorale : SEVAB
Unité de recherche : Laboratoire de Symbiose et Pathologie des Plantes
Directeur(s) de Thèse : Marie-Françoise JARDINAUD et Laurent GENTZBITTEL
Rapporteurs : Frédérique VAN GIJSEGEM et Bruno TOURAINE
Présentée et soutenue par
Marie TURNER
Le 25 septembre 2009
Titre :
Plusieurs niveaux de contrôle sont mis en jeu lors du flétrissement bactérien chez la
légumineuse modèle Medicago truncatula

Tout d’abord je tiens à dire merci aux membres du jury, pour avoir lu et évalué ce travail.
Merci pour leurs critiques et leurs réflexions constructives.
Merci ensuite à mes deux directeurs de thèse, Marie-Françoise Jardinaud et Laurent
Gentzbittel. Merci de m’avoir laissé la liberté d’apprendre et de travailler à mon rythme, tout
en étant présents et disponibles. Merci pour toutes ces discussions stimulantes.
Je remercie ensuite Stéphane Genin, parce que sa présence a été précieuse pour moi tout au
long de cette thèse.
Merci à tous les membres du laboratoire SP2, pour tous les bons souvenirs que j’emporte. Un
merci particulier pour Marie-José Tavella, une coéquipière mémorable par sa rigueur et son
enthousiasme. Merci également à Fabienne Vailleau, pour ses compétences en pathologie et
son soutien.
Merci aux membres de la plateforme microscopie pour leurs conseils, leurs nombreuses
compétences et leur grande disponibilité, et particulièrement à Alain Jauneau qui a plus
précisément suivi ce travail.
Je tiens aussi à remercier les stagiaires qui ont participé à ce travail, Laure Gress et
Amandine Barra, pour leur investissement et leur rigueur.
Merci à Joël Allemand, Timothée Chaumier, Alexandre-Gwen Agnès, Julie Faivre d’Arcier et
Jean-Marie Arpizou, pour leur participation active et volontaire à cette traque désespérante
des fautes diverses et variées qui se cachent partout sournoisement. D’ailleurs je ne remercie
pas le verbe avoir.
Merci aux enseignants avec qui j’ai travaillé et qui m’ont transmis leurs savoirs en termes de
pédagogie et d’enseignement. Merci en particulier à Anne Bernadac, tutrice de monitorat
avec qui j’ai beaucoup aimé analyser le sol et Christian Chervin, qui m’a notamment initié
au plaisir de la vinification.
Merci à tous les membres de l’IFR40 que je ne peux malheureusement citer un par un, dont
les discussions bienveillantes, scientifiques ou amicales, m’ont beaucoup enrichi.
Merci à ma famille et mes amis, pour leur participation précieuse à mon équilibre par leur
présence, leur confiance et leur soutien, depuis déjà bien avant ma thèse. Merci à Greg,
présent à mes côtés depuis ma première année de Bio et qui m’a tant apporté…

Pour finir, je dis merci à tous ceux qui pensent que :
«
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« Seuls les poissons morts suivent le cours de la rivière
Seuls les poissons morts suivent le cours de la rivièreSeuls les poissons morts suivent le cours de la rivière
Seuls les poissons morts suivent le cours de la rivière »
»»
»
"C'est la dose qui fait le poison"
« On n'est pas responsable de la tête qu'on a, mais on est
responsable de la tête qu'on fait »
« La porte la mieux fermée est celle que l’on peut
laisser ouverte »
«
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« Le bonheur ne dépend pas de ce qui nous manque, mais
Le bonheur ne dépend pas de ce qui nous manque, mais Le bonheur ne dépend pas de ce qui nous manque, mais
Le bonheur ne dépend pas de ce qui nous manque, mais
de la façon dont nous nous servons de ce que nous avons
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»»
»
La vie est belle….

Table des matières
Table des matièresTable des matières
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TABLE DES MATIERES ________________________________________________ 1
LISTE DES ABBREVIATIONS ____________________________________________ 3
LISTE DES FIGURES ___________________________________________________ 5
LISTE DES TABLEAUX _________________________________________________ 8
INTRODUCTION _____________________________________________________ 9
I. Introduction générale ______________________________________________________ 9
II. Le système immunitaire des plantes _________________________________________ 10
A. Le modèle en zig-zag _____________________________________________________________ 11
B. La résistance quantitative _________________________________________________________ 16
C. La transduction du signal éliciteur ___________________________________________________ 17
D. La mise en place de la défense ______________________________________________________ 21
III. Les bactéries pathogènes de plante __________________________________________ 24
A. Généralités _____________________________________________________________________ 24
B. Les mécanismes de pénétration ____________________________________________________ 25
IV. R. solanacearum, bactérie phytopathogène racinaire____________________________ 28
A. Biologie et répartition de R. solanacearum ____________________________________________ 28
B. La classification de R. solanacearum _________________________________________________ 29
C. Les moyens de lutte ______________________________________________________________ 30
D. Les mécanismes de résistance à R. solanacearum ______________________________________ 31
E. La complexité du génome de R. solanacearum _________________________________________ 35
V. Les déterminants du pouvoir pathogène de R. solanacearum _____________________ 36
A. Généralités _____________________________________________________________________ 36
B. Les systèmes d’exportation de protéines bactériennes __________________________________ 37
C. Les enzymes extracellulaires _______________________________________________________ 37
D. Les exopolysaccharides ___________________________________________________________ 38
E. La mobilité _____________________________________________________________________ 39
F. Le quorum sensing _______________________________________________________________ 39
VI. L’appareil de sécrétion de type III ___________________________________________ 40
A. Généralités _____________________________________________________________________ 40
B. Mise en place de la structure et organisation génétique _________________________________ 41
C. La régulation des gènes hrp ________________________________________________________ 42
D. La translocation des effecteurs _____________________________________________________ 43
VII. Les effecteurs de type III des bactéries pathogènes _____________________________ 44
A. Diversité des effecteurs ___________________________________________________________ 44
B. Facteurs d’avirulence _____________________________________________________________ 45
C. Facteurs de virulence _____________________________________________________________ 46
D. Des agents doubles : AvrPto et AvrPtoB ______________________________________________ 49
E. Cas particulier des harpines ________________________________________________________ 50
F. Les effecteurs de R. solanacearum __________________________________________________ 51
VIII. Etude de la pathologie des légumineuses _____________________________________ 52
A. L’importance des légumineuses _____________________________________________________ 52
B. Etude de M. truncatula ___________________________________________________________ 54

Table des matières
Table des matièresTable des matières
Table des matières
2
IX. Projet de thèse __________________________________________________________ 57
RESULTATS ________________________________________________________ 59
I. Publication “ Dissection of bacterial wilt on Medicago truncatula revealed two type III
secretion system effectors acting on root infection process and disease development” publiée dans
Plant physiology _________________________________________________________________ 59
II. Mise en évidence de symptômes racinaires induit par R. solanacearum lors de son
interaction avec M. truncatula ______________________________________________________ 69
III. L’interaction évaluée du côté du partenaire bactérien ___________________________ 72
A. Quelles sont les molécules bactériennes impliquées dans le développement des symptômes
racinaires? _______________________________________________________________________________ 72
B. Comment se déroule l’infection chez une lignée sensible et une lignée résistante? ___________ 77
C. Comment se déroule l’infection en s’affranchissant de l’étape de pénétration chez la lignée
sensible et la lignée résistante? _______________________________________________________________ 80
IV. L’interaction évaluée du côté du partenaire végétal _____________________________ 82
A. L’éthylène est-il impliqué dans le processus infectieux ? _________________________________ 83
B. Quelles sont les modifications cellulaires liées à l’infection chez les lignées sensible et résistante? _
_______________________________________________________________________________ 84
C. En quoi les ET3s sont impliqués dans les modifications de l’extrémité racinaire chez la lignée
sensible ? _______________________________________________________________________________ 88
DISCUSSION _______________________________________________________ 95
I. Corrélation entre les différents symptômes racinaires ___________________________ 95
II. Les symptômes racinaires dans le processus infectieux : rôle des ET3s ______________ 97
III. Mécanismes liés à la résistance ____________________________________________ 101
A. Des modifications pariétales semblent limiter la propagation de R. solanacearum ___________ 102
B. Des divisions autour du cylindre central pourraient réduire la colonisation bactérienne ______ 103
C. La résistance peut également avoir lieu dans des stades plus tardifs de l’infection ___________ 104
IV. Les mécanismes impliqués dans la sensibilité _________________________________ 105
A. L’inhibition de la voie éthylène abolit les symptômes racinaires et la colonisation bactérienne _ 105
B. R. solanacearum présente-t-elle une phase nécrotrophe ? Mise en évidence par la production de
ROS ______________________________________________________________________________ 107
V. La complexité du pouvoir pathogène de R. solanacearum et le rôle du SST3 ________ 111
A. Le rôle du SST3 dans l’attachement de la bactérie _____________________________________ 111
B. La colonisation in planta des mutants hrp____________________________________________ 112
C. L’induction de mécanismes de défense par les mutants hrp _____________________________ 113
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES _____________________________________ 115
MATERIELS ET METHODES __________________________________________ 118
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES _____________________________________ 122