CE20 - Biologie des animaux, des organismes photosynthétiques et des microorganismes

Élargir le répertoire des protéines d'avirulence structuralement conservées chez les champignons phytopathogènes pour améliorer la gestion des résistances des plantes – STARlep

Élargir le répertoire des protéines d'avirulence appartenant à des familles structurales conservées chez les champignons phytopathogènes pour proposer une gestion raisonnée des résistances des plantes

Le projet STARlep vise à explorer la diversité structurale et fonctionnelle des protéines d'avirulence (AVR) de L. maculans afin de proposer une gestion raisonnée des résistances des plantes. Il inclut la caractérisation structurale des protéines AVR et leur classification en familles, la détermination des protéines végétales et des processus cellulaires ciblés et l'identification de résistances reconnaissant des effecteurs ayant des structures ou des mécanismes fonctionnels contrastés.

Explorer la diversité structurale et fonctionnelle des protéines d'avirulence de Leptosphaeria maculans afin de proposer une gestion raisonnée des résistances des plantes

Les champignons phytopathogènes représentent une menace récurrente pour l'agriculture et possèdent des capacités adaptatives extrêmes. Une stratégie majeure de lutte contre les maladies fongiques, respectueuse de l'environnement, est la lutte génétique à l'aide de cultivars naturellement résistants. La résistance variétale repose principalement sur la reconnaissance d'effecteurs fongiques, éléments clés de la pathogénèse ciblant des protéines végétales mais pouvant également être reconnus par des protéines de résistance (R), et alors appelés protéines d'avirulence (AVR). Le déploiement massif d'une source unique de résistance dans les champs exerce une forte pression de sélection contre les agents pathogènes avirulents et la source de résistance peut être rapidement contournée. Il est donc urgent d'améliorer la gestion des gènes R pour en accroître l'efficacité et la durabilité. <br /> Le principal moyen de lutte contre Leptosphaeria maculans, champignon responsable de la nécrose du collet du colza, est la lutte génétique. Cependant, les sources de résistance spécifique sont rares chez le colza et les études visent soit à identifier de nouvelles sources de résistance, soit à optimiser la durabilité des résistances disponibles en alternant ou pyramidant ces résistances. Les Partenaires 1 et 2 du projet ont récemment déterminé la structure 3D de quatre AVR de L. maculans (appelés AvrLm). Étonnamment, trois d'entre eux font partie d'une famille structurale comprenant 13 effecteurs de L. maculans mais aussi des protéines d'autres champignons phytopathogènes. Ces données soulèvent des questions cruciales, dont la clarification pourrait améliorer la gestion des résistances : (i) Les effecteurs appartiennent-ils à un ensemble limité de familles structurales ? (ii) Les membres d'une même famille d'effecteurs ciblent-ils des protéines végétales et des processus cellulaires identiques ou similaires ? (iii) Les membres d'une même famille d'effecteurs peuvent-ils être reconnus par les mêmes protéines R ? Le projet STARlep vise à explorer la diversité structurale et fonctionnelle des protéines AVR de L. maculans afin de proposer une gestion éclairée des résistances.

Le projet STARlep est organisé en quatre tâches : caractérisation structurale des effecteurs AvrLm et classification en familles structurales par la recherche d'analogues structuraux parmi les effecteurs de L. maculans (WP1), analyse approfondie des interactions entre les protéines AVR et leurs protéines R (WP2), détermination des protéines végétales et des processus cellulaires ciblés, et compréhension physique des interactions effecteur-cible (WP3), identification de résistances reconnaissant des effecteurs appartenant à des familles structurales distinctes et/ou ciblant des processus cellulaires contrastés (WP4). L'originalité et la force du projet STARlep résident dans son interdisciplinarité : il implique trois équipes ayant une expertise internationalement reconnue dans les domaines complémentaires de la génomique fongique / analyse fonctionnelle des effecteurs fongiques (Partenaire 1) et de la biologie structurale (Partenaires 2 et 3), et une entreprise privée criblant du matériel végétal chez les Brassica pour identifier de nouvelles sources de résistance (partenaire 4).

- Production et détermination de la structure 3D d’un effecteur de L. maculans seul ou en interaction avec sa cible végétale.
- Identification d’effecteurs de Fusarium oxysporum et Cladosporium fulvum pouvant, comme l’effecteur AvrLm3 de L. maculans, être reconnus par la protéine de résistance du colza Rlm3. Identification chez AvrLm3 et son homologue chez C. fulvum, Ecp11-1, d’acides aminés et de régions protéiques nécessaires à la reconnaissance par Rlm3. Ces résultats ont été regroupés dans un article en cours de finalisation.
- Identification de souches de L. maculans présentant un polymorphisme présence / absence pour de nouveaux effecteurs non encore caractérisés comme protéines d’avirulence et pouvant servir à cribler de nouvelles résistances.
- Identification et début de caractérisation de plusieurs nouvelles sources de résistance potentielles à L. maculans. Détermination de stratégies (identification de souches virulentes, croisements entre souches présentant un phénotype différentiel sur ces résistances, ou séquençage et annotation d’une souche avirulente) pour identifier les gènes d’avirulence correspondants.

Le projet STARlep générera des connaissances sur les familles d'effecteurs structuralement conservés, et sur l'interaction avec les gènes R et les cibles végétales correspondants. L'un des principaux objectifs de STARlep est d'identifier de nouvelles sources de résistance permettant de reconnaître de nouvelles familles structurales d'effecteurs. Les connaissances acquises sur les familles structurales d'effecteurs nous aideront également à proposer des stratégies visant à alterner ou à pyramider les gènes R reconnaissant différentes classes d'effecteurs. Enfin, nous identifierons des protéines végétales ciblées par les effecteurs qui pourraient constituer de nouvelles cibles pour lutter contre les maladies des plantes.

Des résultats du projet ont été présentés dans un congrès international et un congrès national:
- Talbi N., Lazar N., Mesarich CH, Pakzad S, Petit-Houdenot Y, Li de la Sierra-Gallay I, Zélie E, Blondeau K, Gracy J, Ollivier B, Blaise F, Rouxel T, Balesdent MH, Idnurm A, van Tilbeurgh H and Fudal I. Characterization of epistatic interactions within a family of structurally conserved fungal effectors and of their broad-spectrum recognition by a plant resistance protein. Integrated Control in Oilseed Crops meeting. 17-18 mai 2022, virtual conference.
- Gallay I., Blondeau K., Lazar N, Sizun C, Fudal I., van Tilbeurgh H. Structural studies of the complex between the effector protein AvrLm1 and the Brassica napus MAP kinase Mpk9. MoDip Network Meeting. Septembre 2021, Lauret, France
Un article est en cours de finalisation :
- Talbi N., Pakzad S., Blaise F., Ollivier B., Rouxel T., Balesdent MH, Mesarich C, Blondeau K., Lazar N., van Tilbeurgh H., Fudal I. (in prep.). Molecular investigation of the broad-spectrum resistance Rlm3 from oilseed rape against fungal pathogens

Les champignons phytopathogènes représentent une menace récurrente pour l'agriculture et possèdent des capacités adaptatives extrêmes. Une stratégie majeure de lutte contre les maladies fongiques, respectueuse de l'environnement, est la lutte génétique à l'aide de cultivars naturellement résistants. La résistance variétale repose principalement sur la reconnaissance d'effecteurs fongiques, éléments clés de la pathogénèse ciblant des protéines végétales mais pouvant également être reconnus par des protéines de résistance (R), et alors appelés protéines d'avirulence (AVR). Le déploiement massif d'une source unique de résistance dans les champs exerce une forte pression de sélection contre les agents pathogènes avirulents et la source de résistance peut être rapidement contournée. Il est donc urgent d'améliorer la gestion des gènes R pour en accroître l'efficacité et la durabilité.
Le principal moyen de lutte contre Leptosphaeria maculans, champignon responsable de la nécrose du collet du colza, est la lutte génétique. Cependant, les sources de résistance spécifique sont rares chez le colza et les études visent soit à identifier de nouvelles sources de résistance, soit à optimiser la durabilité des résistances disponibles en alternant ou pyramidant ces résistances. Les Partenaires 1 et 2 du projet ont récemment déterminé la structure 3D de quatre AVR de L. maculans (appelés AvrLm). Étonnamment, trois d'entre eux font partie d'une famille structurale comprenant 13 effecteurs de L. maculans mais aussi des protéines d'autres champignons phytopathogènes. Ces données soulèvent des questions cruciales, dont la clarification pourrait améliorer la gestion des résistances : (i) Les effecteurs appartiennent-ils à un ensemble limité de familles structurales ? (ii) Les membres d'une même famille d'effecteurs ciblent-ils des protéines végétales et des processus cellulaires identiques ou similaires ? (iii) Les membres d'une même famille d'effecteurs peuvent-ils être reconnus par les mêmes protéines R ?
Le projet STARlep vise à explorer la diversité structurale et fonctionnelle des protéines AVR de L. maculans afin de proposer une gestion éclairée des résistances. Il est organisé en quatre tâches : caractérisation structurale des effecteurs AvrLm et classification en familles structurales par la recherche d'analogues structuraux parmi les effecteurs de L. maculans (WP1), analyse approfondie des interactions entre les protéines AVR et leurs protéines R (WP2), détermination des protéines végétales et des processus cellulaires ciblés, et compréhension physique des interactions effecteur-cible (WP3), identification de résistances reconnaissant des effecteurs appartenant à des familles structurales distinctes et/ou ciblant des processus cellulaires contrastés (WP4). L'originalité et la force du projet STARlep résident dans son interdisciplinarité : il implique trois équipes ayant une expertise internationalement reconnue dans les domaines complémentaires de la génomique fongique / analyse fonctionnelle des effecteurs fongiques (Partenaire 1) et de la biologie structurale (Partenaires 2 et 3), et une entreprise privée criblant du matériel végétal chez les Brassica pour identifier de nouvelles sources de résistance (partenaire 4).
Le projet STARlep générera des connaissances sur les familles d'effecteurs structuralement conservés, et sur l'interaction avec les gènes R et les cibles végétales correspondants. L'un des principaux objectifs de STARlep est d'identifier de nouvelles sources de résistance permettant de reconnaître de nouvelles familles structurales d'effecteurs. Les connaissances acquises sur les familles structurales d'effecteurs nous aideront également à proposer des stratégies visant à alterner ou à pyramider les gènes R reconnaissant différentes classes d'effecteurs. Enfin, nous identifierons des protéines végétales ciblées par les effecteurs qui pourraient constituer de nouvelles cibles pour lutter contre les maladies des plantes.

Coordination du projet

Isabelle Fudal (BIOlogie GEstion des Risques en agriculture)

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

CNRS-ICSN Institut de Chimie des Substances Naturelles
BIOGER BIOlogie GEstion des Risques en agriculture
INNOLEA
I2BC Institut de Biologie Intégrative de la Cellule

Aide de l'ANR 519 579 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2020 - 48 Mois

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