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Selon l’hypothèse que les espèces bactériennes ont des spécificités écologiques
propres, une étude de génomique comparative a montré l’existence de gènes présents
uniquement dans l’espèce Agrobacterium fabrum(2), organisés en 7 régions génomiques
appelées « régions spécifiques d’espèce ». Ces régions codent probablement des fonctions
liées au métabolisme de composés végétaux ce qui suggère une écologie propre à cette
espèce en lien avec la plante. Le but de cette étude est de déterminer si les régions
spécifiques confèrent à A. fabrum une meilleure valeur adaptative dans la rhizosphère (vie
commensale) et dans la tumeur (vie pathogène),et d’étudier l’expression de ses gènes.
La valeur adaptative
est un concept central
en théorie de
l’évolution, car…
sans différence de valeur
adaptative, la sélection
naturelle ne peut pas
agir, et donc…
l’adaptation ne peut
pas se produire !
La valeur adaptative est
alors une mesure
d’adaptabilité et de
succès reproducteur…
qui contribue à la croissance
d'une population dans un
environnement particulier.
Agrobacterium est un genre de bactéries du sol capable d'établir des interactions avec
les racines des plantes (vie commensale). Cependant les agrobactéries sont surtout connues
pour être pathogènes des plantes en induisant la galle du collet, maladie caractérisée par la
formation de tumeurs sur de nombreuses espèces végétales (vie pathogène). Or, cette
maladie n’est pas systématique car elle dépend de la présence, chez la bactérie, d’une
molécule d’ADN appelée plasmide Ti (tumor inducing) qui porte les gènes de virulence(1). Les
formes non-pathogènes peuvent cependant le devenir suite à l’acquisition du plasmide Ti à
partir des souches pathogènes. De ce fait, pour mieux lutter contre la maladie, il est
important de mieux comprendre l’écologie propre des différentes espèces d’Agrobacterium,
toutes réservoirs potentiels du plasmide Ti (véritable agent pathogène).
PerspectivesConclusion
•Trois régions spécifiques augmentent la valeur adaptative d’A. fabrum lors de la vie pathogène,
dont une qui joue aussi un rôle lors de la vie commensale.
•L’expression des gènes spécifiques est hétérogène au contact de la plante, selon les zones
racinaires et l’environnement tumoral.
•Expression des autres régions spécifiques dans l’environnement tumoral et la
rhizosphère.
•Analyse de la réponse de la plante en interaction avec la bactérie, par étude
des métabolites végétaux produits.
Préciser le rôle écologique des régions spécifiques !
Bibliographie
(1) Watson et al., 1975. J Bacteriol 123:255-264. (2) Lassalle et al., 2011. Genome Biology and Evolution, 3, 762-781.
Etude in planta de la valeur adaptative et de l’expression des gènes spécifiques du
phytopathogène Agrobacterium fabrum
Laboratoire d'Écologie Microbienne, UMR CNRS 5557, INRA 1427 - Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1
43, Boulevard du 11 Novembre 1918, 69622 Villeurbanne cedex
R. Padilla, C. Lavire, X. Nesme, L. Vial, I. Kerzaon
Observation au microscope confocal
Racine
pivot
Racine
latérale
Zone
d’élongation
Région 1a Région 5
La fluorescence d’un gène, présent dans la Région 1a, est induite au
contact de l’ensemble du système racinaire (D,E).
La fluorescence d’un gène, présent dans la Région 5, est induite
seulement au contact des parties anciennes de la racine (F,G).
D
E G
F
Observation au microscope confocal
Région 1a
Région 5
A
C
Expression par fluorescence des gènes spécifiques
Vie pathogène Vie commensale
Plantes modèles
Valeur adaptative ?
Luzerne
Tomate
•Mesurer la valeur adaptative liée aux différentes régions spécifiques
•Déterminer par fluorescence l’expression des gènes spécifiques
Vie pathogène Vie commensale
Objectifs
La fluorescence d’un gène, présent dans la Région 1a, est induite
dans l’ensemble de la tumeur (A,B).
B
La fluorescence d’un gène, présent dans la Région 5,n’est pas induite
dans l’environnement tumoral (C).
Commensale
Pathogène
Vie :
Introduction
Graines de luzerne
Co-culture
plante/bactérie
Plants de tomate
Serre
14 jours
28o C
21 jours
28o C
Serre
A. fabrum
Mélange
Ratio 1:1
Mutante
Sauvage
Dénombrement bactérien
21 jours
28o C
Serre
Graines de luzerne
Ratio de
sortie
Dénombrement bactérien Ratio
d’entrée
Plants de Tomate
Tumeur de tomate
Dénombrement bactérien
Serre
14 jours
28o C
Ratio de
sortie
Rhizosphère
Les souches mutantes ne possèdent pas une
des régions spécifiques. Elles sont notées
avec un Δ. (ex.: Δ1, mutant de la région 1).
Contrôle du gène fluorescent (gfp) par
le promoteur d’un gène spécifique
gfp
Promoteur du
gène spécifique
Introduction chez
la bactérie
Si fluorescence : expression du
gène au contact de la plante
Bactérie fluorescente Bactérie non fluorescente
Valeur calculé qui reflète la
compétitivité entre une souche
mutante et la souche sauvage (WT).
(WT)
agrobactérie
Cellule végétale
plasmide Ti
ADN-T
tumeur
Valeur adaptative bactérienne
Les résultats de cette étude
suggèrent que certaines régions
spécifiques confèrent une
meilleure valeur adaptative à la
bactérie A. fabrum
Ainsi, les régions spécifiques
seraient impliquées dans
l’adaptation à un environnement
végétal spécifique
La poursuite de cette étude
pourra nous permettre une
meilleure compréhension de
l’écologie d’A. fabrum.
Seule la souche mutante Δ2a possède une valeur adaptative
statistiquement inférieure à celle de la souche sauvage.
Pour les autres souches, la valeur adaptative est similaire à celle de
la souche sauvage.
Indices de compétition
0,3
WT/Δ1 WT/Δ2a WT/Δ2b WT/Δ3 WT/Δ4 WT/Δ5 WT/Δ7a WT/Δ7b
Δ2a/WT
1
IC
*
Δ1/WT Δ2b/WT Δ3/WT Δ4/WT Δ5/WT Δ7a/WT Δ7b/WT
Infection d’une plante
par une agrobactérie
Indice de Compétition ? Souches mutantes ?
Souches bactériennes
IC =Ratio d’entrée
Ratio de sortie
Calcul de l’Indice de Compétition : IC =1 Mutant =WT
IC <1 Mutant <WT
IC >1 Mutant >WT
Valeur adaptative
Expression par fluorescence ?
Δ7b/WT
Les souches mutantes Δ2a, Δ3et Δ5possèdent une valeur adaptative
statistiquement inférieure à celle de la souche sauvage.
Pour les autres souches, la valeur adaptative est similaire à celle de la
souche sauvage.
Indices de compétition
0,1
1
WT/Δ1 WT/Δ2a WT/Δ2b WT/Δ3 WT/Δ4 WT/Δ5 WT/Δ7a WT/Δ7b
1
IC
*
Δ2a/WT Δ3/WT Δ5/WT
**
Δ1/WT Δ2b/WT Δ4/WT Δ7a/WT Δ7b/WT