CONCOURS ALLOCATIONS MINISTÉRIELLES 2013 Intitulé du sujet

CONCOURS ALLOCATIONS MINISTÉRIELLES 2013
Intitulé du sujet : Analyse fonctionnelle du gène acdS chez deux microorganismes
eucaryotes phytopathogènes
Couleur : Micro-organismes, interactions, infections
Directeur (NOM Prénom) :
Co-directeur (NOM Prénom) :
MULLER Daniel
LUIS Patricia
Unité de recherche:
Unité de recherche :
UMR5557 Écologie Microbienne
UMR5557 Écologie Microbienne
Mail :
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[email protected]
[email protected]
HDR (OUI / NON) :
HDR (OUI / NON):
NON
NON
Résumé (ne pas dépasser l’encadré) :
Dans la nature, les microorganismes sont contraints de s’adapter en permanence à l’évolution de leur environnement. De ce fait, afin d’optimiser leur compétitivité et leurs chances de survie, ces m icroorganismes qu’ils soient eucaryotes ou procaryotes tendent à acquérir de nouvelles fonctions en subissant des modifications génétiques comme des mutations ou des transferts horizontaux de gènes (THG). Si la plupart des THG ont été décrits entre microorganismes procaryotes, il existe néanmoins quelques cas de THG entre procaryotes libres (i.e. non endocellulaire de l’hôte) et eucaryotes rapportés dans la littérature (Dunning Hotopp 2011 Trends Genet 27, 157-­‐163). Cependant, ces analyses de transfert se limitent souvent aux approches bioinformatiques sans aller jusqu’à caractériser la conservation de fonctions entre les deux types cellulaires et le caractère adaptatif de ce transfert. Au sein de l’équipe d’accueil, une analyse phylogénétique exhaustive de certains gènes abondamment retrouvés chez les bactéries phytobénéfiques (i.e. Plant Growth Promoting Rhizobacteria ou PGPR) a révélé la présence du gène acdS chez plusieurs eucaryotes phytopathogènes comme le champignon Magnaporthe grisea ou les oomycètes du genre Phytophthora (Bruto et al. en préparation). Ce gène code une protéine qui pourrait moduler les concentrations de l’éthylène végétal, une hormone connue pour réguler une partie de la réponse immunitaire de la plante. La fonction conférée par acdS aux bactéries du sol dites «phytoprotectrices» fait partie des mécanismes impliqués dans l’induction de la réponse immunitaire de la plante lors de la colonisation racinaire (Iavicoli et al. 2003 Mol. Plant-­‐Microbe Interact. 16:851-­‐858). Contrairement aux bactéries rhizosphériques qui emploieraient cette fonction régulatrice de l’éthylène pour stimuler les défenses de la plante, les microorganismes eucaryotes phytopathogènes des feuilles l’utiliseraient pour diminuer la réponse immunitaire de la plante-­‐hôte. Ces effets inverses pourraient s’expliquer par des concentrations différentes en hormones végétales au sein des tissus foliaires et racinaires des plantes. Notre hypothèse est que ce gène bactérien, impliqué dans les mécanismes d’interaction bactéries-­‐plantes, remplirait chez les microorganismes eucaryotes pathogènes des feuilles une fonction régulatrice de l’éthylène mais avec des effets inverses sur les systèmes de défense des plantes. Ces eucaryotes phytopathogènes auraient probablement acquis cette fonction afin de diminuer la réponse immunitaire de la plante hôte et d’éventuellement contrecarrer l’effet phytoprotecteur de certaines bactéries. Objectifs de la thèse L’objectif de ce travail est d’effectuer l’analyse fonctionnelle in planta du gène acdS chez deux pathogènes eucaryotes foliaires afin de déterminer si ce gène module la balance hormonale de l’éthylène pour diminuer les défenses de la plante. Démarche expérimentale Le travail s’articulera autour de 2 axes, l’analyse fonctionnelle du gène acdS (i) lors de l’interaction « plante-­‐hôte/agent phytopathogène eucaryote » et (ii) lors de l’interaction tripartite « pathogène eucaryote/plante hôte/bactérie phytoprotectrice » Dans le premier axe, l’analyse fonctionnelle du gène acdS chez Magnaporthe grisea et Phytophtora sera menée à bien. Cela consistera à étudier les conditions d’expression de la fonction. Sachant que l’activité enzymatique est uniquement induite chez les bactéries lorsqu’elles sont au contact de la plante ou en présence du précurseur de l’éthylène, l’expression du gène sera suivie par PCR-­‐
quantitative au cours du cycle infectieux du champignon et de l’oomycète afin de déterminer à quelle étape ce gène est exprimé lors de l’interaction «plante/agent phytopathogène». Parallèlement, des mesures de la concentration du précurseur de l’éthylène et de l’expression de certains gènes impliqués dans la défense des plantes et induits par l’éthylène (e.g. ethylene-­‐inducible gène Hel, JA and ethylene-­‐inducible gène PDF1.2,… ; van Loon et al. 2006) seront réalisées sur des plants d’orge infectés ou non. En outre, un mutant de délétion du gène sera construit par recombinaison homologue pour chacun des deux microorganismes eucaryotes phytopathogènes étudiés (i.e. champignon et oomycète). Le dosage du précurseur de l’éthylène chez la plante au contact avec ces mutants sera réalisé ainsi que des tests de pathogénie complétés par une analyse de l’expression de gènes de défense de la plante. Le second axe étudiera le rôle de la fonction modulatrice de la balance en éthylène dans l’interaction tripartite « pathogène eucaryote/plante hôte/bactérie phytoprotectrice ». L’hypothèse étant que l’organisme eucaryote phytopathogène foliaire possédant le gène, et donc la fonction, serait capable d’infecter plus efficacement une plante qui hébergerait une bactérie phytoprotectrice au niveau racinaire. Pour ce faire différentes combinaisons de co-­‐infections avec une bactérie phytobénéfique du genre Pseudomonas (sauvage ou muté) et l’eucaryote phytophatogène (sauvage ou muté) seront réalisées. Des tests de pathogénie complétés avec l’analyse de l’expression de gènes de défense de la plante seront réalisés afin de commencer à décrypter le rôle de la fonction dans une interaction complexe. Ce projet de thèse devrait permettre de déterminer si (i) la capacité de régulation de l’éthylène par le produit de ce gène est conservée entre les deux types cellulaires (i.e. procaryotes et eucaryotes) mais avec des finalités différentes sur les systèmes immunitaires des plantes (i.e. stimulation vs diminution); et d’évaluer (ii) l’avantage adaptif qu’a permis cette acquisition chez différents organismes eucaryotes phytopathogènes (i.e. champignons et oomycètes). L’ensemble de ces données permettra de commencer à décrypter le processus d’une spécialisation écologique suite à un transfert d’un gène entre procaryotes et eucaryotes. Equipe d’accueil -­‐ L’équipe «Rhizosphère» de l’UMR5557 étudie depuis des années les interactions bactéries plantes (Blaha et al 2006 FEMS Microbiol. Ecol. 56, 455–470). De ce fait, elle maîtrise l’obtention de mutants bactériens et les mesures d’activité de dégradation de l’ACC. -­‐ L’équipe «AMEE» de l’UMR5557 maîtrise la complémentation de levures et l’expression de gènes environnementaux dans ces organismes eucaryotes (Damon et al (2011). ISME J. 5: 1871–1880). Collaboration Nathalie Poussereau de l’équipe « Génomique fonctionnelle des champignons pathogènes des plantes » UMR5240 est spécialiste dans la génétique de M. grisea et de son cycle infectieux