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Des mécanismes impliquant une régulation post transcriptionnelle contrôlent la sécrétion de Type 3 chez la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum – PATHO-SWITCH

Des mécanismes impliquant une régulation post transcriptionnelle contrôlent la sécrétion de Type 3 chez la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum

Le projet PATHO-SWITCH vise dans un premier temps à comprendre comment Ralstonia solanacearum, via HpaP, contrôle et hiérarchise la sécrétion d'effecteurs. Dans un second temps, nous rechercherons le ou les effecteurs dont la régulation de sécrétion est primordiale pour le pouvoir pathogène de la bactérie sur Medicago truncatula. Nous tenterons de décortiquer le processus de hiérarchie de sécrétion/injection et de mieux comprendre le processus infectieux de cet agent pathogène majeur.

Comment la bactérie Ralstonia solanacearum contrôle son pouvoir pathogène ?

La protéine HpaP « chaperonne » les facteurs de virulence de Ralstonia solanacearum et lui permet d’infecter la Légumineuse Medicago truncatula. <br /> <br />La bactérie phytopathogène R. solanacearum, conduisant à la maladie appelée « le flétrissement bactérien », est reconnue comme la seconde phytobactériose d’importance scientifique et économique. R. solanacearum engendre des dégâts majeurs en agriculture, attaquant des Solanacées comme la Pomme de terre ou la Tomate, des Légumineuses comme l’Arachide, ou des cultures vivrières comme le Bananier. Le pouvoir pathogène de la bactérie s’exerce notamment au travers de près d’une centaine de protéines, directement injectées dans la cellule végétale, empêchant la plante de mettre en place ses mécanismes de défense. Des protéines bactériennes « chaperonnes » aident et permettent cette injection. Quelles sont ces chaperonnes chez R. solanacearum et comment agissent-elles ? Nous avons étudié plusieurs chaperonnes candidates, avec un focus sur la protéine HpaP, spécifiquement requise pour que R. solanacearum conserve son pouvoir pathogène sur la Légumineuse modèle Medicago truncatula. Quels facteurs de virulence sont contrôlés par HpaP et comment ce contrôle se fait-il ? Comment, par la connaissance de ces mécanismes, identifier de nouveaux moyens pour lutter contre cet agent pathogène majeur ? <br />

Dans un premier temps, nous avons recherché quels facteurs de virulence de la bactérie étaient capables d’interagir directement avec la protéine HpaP. Pour cela nous avons réalisé des tests d’interaction en « double-hybride » chez la levure, avec un crible assez large de recherche d’interactions directes sur plus de 40 facteurs de virulence avec HpaP. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de la protéine HpaP sur la sécrétion de ces facteurs de virulence (appelés également effecteurs). Par des cinétiques de sécrétion, une première approche a été ciblée sur quelques effecteurs (utilisation d’anticorps spécifiques), puis nous avons analysé le sécrétome « le plus complet possible » de R. solanacearum avec une seconde approche plus globale (expériences de spectrométrie de masse). Les sécrétomes d’une souche sauvage et de différents mutants hpa (dont hpaP) ont été comparés. Un lien entre les différents sécrétomes et les réponses sur plantes a été recherché. Pour cela, les mutants des chaperonnes candidates étudiées ont été inoculés sur plusieurs plantes hôtes de R. solanacearum, appartenant à différentes familles botaniques.

La protéine HpaP module la sécrétion de facteurs de virulence de R. solanacearum. HpaP est requise pour la sécrétion de l’effecteur PopP1, avec lequel elle interagit directement et spécifiquement. En absence d’une protéine HpaP fonctionnelle, les symptômes de maladie sont très significativement affectés sur plusieurs plantes hôtes. Des analyses comparatives de sécrétomes de la souche sauvage et de mutants de chaperonnes ont mis en évidence leur rôle dans le pouvoir pathogène de la bactérie, notamment par un contrôle extrêmement précis de la sécrétion de plusieurs substrats et de l’injection in planta des effecteurs.

Nous avons identifié une protéine candidate potentiellement impliquée dans les phénotypes étudiés. Nous sommes ainsi à la dernière étape de validation/invalidation de son rôle comme responsable du phénotype « perte de virulence du mutant hpaP sur M. truncatula ». Cette protéine pourrait être intéressante en tant que molécule de biocontrôle pour lutter contre R. solanacearum. A l’issue des expérimentations en cours, nous verrons si ces données sont valorisables (brevet) et si des applications peuvent être envisagées.

Les travaux réalisés ont conduit à la publication de deux articles de recherche dans des journaux internationaux à comité de lecture (Lohou et al., 2014, Molecular Plant Pathology, 15 (6):601-614 ; Lonjon et al., 2016, Molecular and Cellular Proteomics, 1

Le pouvoir pathogène de Ralstonia solanacearum, agent responsable du flétrissement bactérien, s’exerce notamment au travers de plus d’une centaine de protéines sécrétées, certaines dépendant directement de la fonctionnalité d’un appareil de sécrétion de Type 3. Ces protéines sécrétées, appelées également Effecteurs de Type 3 (ET3s) seraient pour la plupart injectées dans la cellule végétale pour atteindre des protéines cibles. Un rôle important de ces ET3s serait d’empêcher la mise en place de mécanismes de défense de la plante, pour réorienter la physiologie cellulaire dans un sens favorable au développement de la bactérie. Alors que plusieurs études reportent l’implication de régulateurs transcriptionnels clés dans le contrôle du Système de Sécrétion de Type 3 (SST3), des régulations au niveau de la sécrétion sont très peu décrites.

Des résultats préliminaires nous ont permis de montrer par la protéine HpaP (hrp-associated protein), codée par le cluster de gènes hrp, participerait à la régulation de la sécrétion des ET3s chez R. solanacearum. Nous avons identifié que la mutation du gène hpaP chez la souche de référence GMI1000 conduisait à une perte totale de virulence lors de l’inoculation de la légumineuse modèle Medicago truncatula. De manière intéressante, le mutant hpaP est toujours capable d’induire une réponse hypersensible sur tabac, et induit la maladie sur tomate, avec toutefois un retard lors de la mise en place des symptômes. Cette perte complète de virulence sur M. truncatula s’accompagne d’un effet «dominant négatif » sur le pouvoir pathogène de R. solanacearum. En effet, la co-inoculation de la souche sauvage GMI1000 et du mutant hpaP sur M. truncatula inhibe toute multiplication bactérienne in planta, empêchant l’établissement de la maladie. Nous avons montré par d’autres travaux que la protéine HpaP aurait un rôle de régulateur/modulateur dans le processus de sécrétion des effecteurs bactériens. Plusieurs protéines ont été détectées par spectrométrie de masse comme sécrétées différentiellement entre la souche sauvage GMI1000 et la mutant hpaP. Notre hypothèse de travail est que la protéine HpaP de R. solanacearum aurait un rôle d’«interrupteur biologique», modulant de manière post-transcriptionnelle la sécrétion d’ET3s.

Ce projet PATHO-SWITCH vise dans un premier temps à comprendre comment R. solanacearum, via HpaP, contrôle et hiérarchise la sécrétion d’ET3s. Dans un second temps, nous rechercherons le ou les T3Es dont la régulation de sécrétion via HpaP est primordiale pour le pouvoir pathogène de la bactérie sur M. truncatula. Enfin, nous mettrons l’emphase sur un ou deux T3Es, afin de décortiquer le processus de hiérarchie de sécrétion/injection et de mieux comprendre le processus infectieux de cet agent pathogène majeur.

Coordinateur du projet

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE -CENTRE DE RECHERCHE DE TOULOUSE (Divers public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE -CENTRE DE RECHERCHE DE TOULOUSE

Aide de l'ANR 210 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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