Structure, évolution et fonction d'effecteurs de virulence fongiques – MagMAX

Le projet est organisé en quatre programmes de travail (WP) correspondant à nos quatre objectifs spécifiques. WP1 inférera l'histoire de diversification des effecteurs MAX, sur la base de données de séquençage de haute qualité pour un grand nombre d’isolats représentatif de M. oryzae. WP2 va caractériser in silico et expérimentalement la structure tertiaire des effecteurs MAX, ce qui est essentiel pour comprendre leur mode d'action. WP3 identifiera massivement les protéines cibles de l'hôte des effecteurs MAX en utilisant des analyses d'interactions protéine-protéine. WP4 évaluera l'hypothèse de l'adaptation moléculaire des effecteurs MAX à leurs cibles en combinant des informations provenant d'autres WP sur les résidus de surface, les surfaces d’interaction et le polymorphisme de ces régions.

- Nos analyses pangénomiques montrent que les effecteurs MAX représentent un compartiment très dynamique du génome de Magnaporthe oryzae
- Nos analyses du polymorphisme montrent que les différences en terme de composition en acides aminés entre lignées de M. oryzae infectant différents hôtes tendent à se situer préférentiellement dans les feuillets béta des effecteurs MAX.
- Nous avons mis en place un pipe-line de modélisation basé sur l’alignement de séquence à basse identité, dirigé par la structure.
- L’étude du chemin de repliement des effecteurs MAX indique un processus peu coopératif et séquentiel, rarement observé pour les protéines.

Nous continuerons d'analyser la distribution des mutations dans la séquence des effecteurs MAX, de déterminer le mode d'action et la cible des effecteurs MAX et de produire de nouvelles données expérimentales sur la structure des effecteurs.

A venir

CONTEXTE, POSITIONNEMENT ET OBJECTIFS: Notre objectif est d'améliorer notre compréhension du rôle des facteurs de pathogénie des champignons pathogènes des plantes, appelés effecteurs, dans le processus d'infection et dans les changements de virulence après les changements d'hôte.
Notre hypothèse centrale est que la première étape des changements d'hôte (la fixation de mutations permettant de contourner la résistance dite non-hôte) est suivie d'une seconde étape d’affinage au cours de laquelle les variants d’effecteurs qui interagissent efficacement avec leurs protéines cibles dans les nouvelles espèces hôtes sont sélectionnés. Les tentatives d’élucider les facteurs évolutifs, moléculaires et fonctionnels qui sous-tendent la diversification des effecteurs ont été entravées par l’absence de grandes familles d’effecteurs identifiées chez les champignons, et donc le manque de bons critères pour prioriser les effecteurs pour l'analyse fonctionnelle. Dans ce projet, nous surmontons la barrière méthodologique et conceptuelle imposée par l'hyperdiversité des effecteurs en nous appuyant sur notre découverte récente d'une famille d'effecteurs importante, structurellement conservée, mais très polymorphe, appelée MAX (pour Magnaporthe Avrs et ToxB) chez l’organisme modèle Magnaporthe oryzae, un pathogène fongique du riz et autres céréales.
Nous générerons et intégrerons des connaissances sur la structure protéique, le mode d'action et la diversité génétique afin de viser 4 objectifs spécifiques: (1) Inférer l'histoire de diversification des répertoires effecteurs après les changements d'hôte, (2) Comprendre les caractéristiques de la structure protéique des effecteurs MAX, (3) Déchiffrer les fonctions de virulence des effecteurs fongiques en identifiant les protéines hôtes et les processus qu'ils ciblent. (4) Comprendre les facteurs moléculaires et éco-évolutionnistes qui favorisent la diversification des effecteurs fongiques.

ORGANISATION DU PROJET ET MOYENS MIS EN ŒUVRE: MagMAX sera coordonné par le microbiologiste de l’évolution Dr Pierre Gladieux (INRA). MagMAX implique le BGPI, parmi les laboratoires les mieux qualifiés dans les études fonctionnelles et évolutionnistes de M. oryzae, et le Centre de Biochimie Structurale, reconnu pour son expertise dans l'étude des relations structure-fonction des protéines. Le projet est organisé en quatre programmes de travail (WP) correspondant à nos quatre objectifs spécifiques. WP1 inférera l'histoire de diversification des effecteurs MAX, sur la base de données de séquençage de haute qualité pour un grand nombre d’isolats représentatif de M. oryzae. WP2 va caractériser in silico et expérimentalement la structure tertiaire des effecteurs MAX, ce qui est essentiel pour comprendre leur mode d'action. WP3 identifiera massivement les protéines cibles de l'hôte des effecteurs MAX en utilisant des analyses d'interactions protéine-protéine. WP4 évaluera l'hypothèse de l'adaptation moléculaire des effecteurs MAX à leurs cibles en combinant des informations provenant d'autres WP sur les résidus de surface, les surfaces d’interaction et le polymorphisme de ces régions.

IMPACT: Le monde doit produire deux fois plus de nourriture avant 2050. L'émergence de nouveaux pathogènes fongiques constitue une menace pour la sécurité alimentaire mondiale, et les changements d’hôtes sont une voie majeure pour leur émergence. Il y a donc un énorme intérêt à identifier les facteurs conduisant à l'émergence de nouvelles maladies fongiques. En combinant une analyse des effecteurs fongiques basée sur la diversité, la fonction et la structure, notre étude sera pionnière, de par sa dimension et de sa nature multidisciplinaire et intégrée, et en tant que telle devrait avoir un impact significatif. Une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'exploitation de nouveaux hôtes permettra d’assister la sélection de gènes d'immunité végétale qui réduisent durablement la charge pathogène pesant sur les céréales.