En naviguant sur notre site vous acceptez l'installation et l'utilisation des cookies sur votre ordinateur. En savoir +

Menu Logo Principal AgroParisTech

BIOGER

BIOlogie et GEstion des Risques en agriculture - Champignons Pathogènes des Plantes

Principaux résultats

Principaux résultats

figure3
Populations
  • Démonstration, à l'aide de divers outils moléculaires, et sur la base de collections internationales de souches conservées à Versailles (IBCN, IMASCORE) que L. maculans est en fait un complexe d'espèces comportant 7 entités génétiquement distinctes.
  • Développement d'analyses systématiques et dynamique des races de L. maculans présentes chez les différents pays producteurs de colza (Europe, Canada, Australie, USA et Amérique du sud). 
  • Échantillonnage et analyse de populations inféodées au chou au Mexique (Coll. O. Moreno-Rico, UNI-Aguascalientes).
  • Développement d'analyses de phylogéographie visant à retracer l'histoire de la dissémination de L. maculans (coll. T. Giraud & P. Gladieux, ESE Orsay). 
  • Mise en place à l'échelle du territoire de suivis des races lors de l'utilisation de nouvelles résistances spécifiques (Rlm1, Rlm7) (collaboration CETIOM).
  • Développement de marqueurs moléculaires utilisables pour l'identification et le suivi des races au champ (coll. CETIOM).
Génétique des interactions
  • Identification de 11 gènes d'avirulence (AvrLm) à  l'aide d'analyses de génétique classique. 
  • La résistance du colza à une race donnée de L. maculans est conditionnée par des gènes de résistance spécifique (Rlm) qui, en supprimant la porte d'entrée conditionnant la colonisation ultérieure de la plante par le champignon, sont extrêmement efficaces au champ lorsque la race correspondante est prédominante. 
  • Développement d'analyses de génétique quantitative du côté de l'agent pathogène : identification de QTL impliqué dans les aspect quantitatif de l'interaction.
  • Développement de sets différentiels améliorés (souches de L. maculans et génotypes de Brassica) pour la caractérisation des résistances variétales ou des populations fongiques.
avrlm11
circos
Génomique et génomique comparative
  • Identification d'une structure de génome en isochores (alternance de grandes régions génomiques homogènes dans leur composition en bases GC), inédite à l'époque pour un champignon filamenteux.
  • Les gènes d’avirulence et une centaine de gènes codant pour des effecteurs putatifs (Petites Protéines Secrétées) sont localisés dans des « isochores AT», riches en éléments transposables (ET) inactivés et pauvres en séquences codantes actives.
  • Cette localisation a des conséquences majeures en terme d’innovation génique et d’évolution sous pression de sélection en privilégiant des mécanismes évolutifs non conventionnels (mutations par RIP -Repeat-Induced Point mutations-, délétions de grande taille, etc.).
  • Reséquençage de trois souches de L. maculans (AIP Bioressources; coll. M. Links & H. Bohran, AAF Saskatoon, Canada): les souches sont principalement différentiées par leur contenu en gènes et en particulier en gènes codant pour des effecteurs. Ainsi, selon la souche considérée, entre 12 et 40% des gènes codant pour des effecteurs sont souche-spécifique. 
  • Génomique comparative et évolutive au sein du complexe d'espèces (ANR FungIsochores; coll. BJ Howlett & R Lowe, uni-Melbourne, Australie; CL Schoch, NCBI): les ET sont impliqués dans des réarrangements intrachromosomiques, et participent à la diversification génique et à l’adaptation à la plante-hôte. Ces travaux contribuent à la généralisation du concept selon lequel les filamenteux phytopathogènes (oomycètes ou champignons) ont développé des génomes à deux vitesses, maximisant l’adaptabilité à des conditions changeantes en abritant leurs effecteurs dans des régions plastiques du génome.
Génomique, banque de mutants et pouvoir pathogène
  •  Une banque de 5000 mutants ADN-T de L. maculans a été générée et une analyse systématique de l’insertion de l'ADN-T dans le génome a été effectuée. Plus de 300 étiquettes ont été positionnées sur le génome ce qui montre que la fréquence d’insertion de l’ADN-T est corrélée à la richesse en gènes et que deux sites sont plus particulièrement ciblés : la « TATA-box » des régions régulatrices et les introns des régions codantes. Une classification "gene ontology" montre une surreprésentation d’étiquettes dans des catégories qui reflètent l’état physiologique du matériel biologique utilisé lors de l’agrotransformation: les conidies germantes.
  • Les 5000 transformants de la banque ont été évalués pour leur pouvoir pathogène lors de la phase précoce de l’infection. Un peu plus de 3% des transformants ont montré de façon reproductible une altération de pouvoir pathogène mais la coïncidence entre phénotype et étiquette d'ADN-t n'est observée que dans la moitié de ces cas.
  • L'exploitation de la banque de mutant a permis l'identification de trois nouveaux gènes impliqués dans la pathogenèse fongique: (i) Lmgpi15, impliqué dans la biosynthèse des ancres GPI (Glycosylphosphatidyl-inositol), (ii) Lmpma1, une H+-ATPase membranaire impliquée dans la régulation du pH intracellulaire (iii) et Lmepi, une UDP-glucose-épimérase impliqué dans le métabolisme du galactose. Ces travaux soulignent l’importance du métabolisme primaire dans la stratégie d’infection et de colonisation des tissus végétaux par L. maculans.
  • Une analyse globale des gènes codant pour des facteurs de transcription (FT) a été réalisée. Nous avons identifié et annoté 355 FT, dont 129 sont surexprimés pendant l’infection primaire du colza et 8 sont spécifiques de L. maculans. Une analyse fonctionnelle est en cours et a permis l'identification d’un FT à domaine « AT-hook » dont l'extinction par RNAi entraîne des défauts de pathogénie et une diminution d’expression de deux effecteurs.
  • De manière à saturer la carte génétique avec des marqueurs de type minisatellite (MS) ou microsatellite, nous avons développé un pipeline visant à identifier l’ensemble des MS d’un génome et à générer les amorces permettant leur amplification. La carte enrichie a été utilisée pour cartographier des QTL de l'agressivité lors d'un croisement entre deux souches d'agressivité différente.
m20-estelle
crystal
Analyse fonctionnelle des gènes AVR
  • Trois gènes d’avirulence, AvrLm1, AvrLm6 et AvrLm4-7 ont été clonés à l'époque pré-génomique. Avec la séquence du génome à disposition, plusieurs autres gènes ont été clonés dont AvrLm11, correspondant à une résistance de la navette et localisé sur un chromosome ‘B’ dispensable.
  • De façon générale, les gènes AvrLm de L. maculans sont localisés dans des régions du génome riches en ET, sont fortement surexprimés lors de l’infection et codent pour des petites protéines secrétées (PPS), souvent riches en cystéines. L’absence de domaine, de motif, ou d’orthologues chez les espèces proches (et plus généralement, l’absence d’homologies avec les protéines des bases de données) ne permet pas de déduire une fonction.
  • Un répertoire des PPS de L. maculans a été généré et une analyse de bioinformatique a suggèré l'existence de motifs RxLR-like très dégénérés chez AvrLm6 et AvrLm4-7. Ces effecteurs et d’autres effecteurs fongiques ou d’oomycètes peuvent être internalisés par des cellules végétales ou animales en l’absence de l’agent pathogène. Un mécanisme explicatif, quoique très discuté dans la communauté, implique une liaison au Pi3P (phosphatidylinositol-3-phosphate) extra-cellulaire (coll. B Tyler & S Kale, Oregon State University).
  • La structure cristalline d'AvrLm4-7 a été obtenue en lien avec un groupe de biophysiciens des protéines (coll. H.van Tilbeurgh, IBBMC, Orsay). Sans nous permettre de déduire une fonction pour la protéine, la résolution de la structure 3-D de la protéine, en lien avec l’analyse des mutations observées au champ lorsque les souches sont soumises à la pression Rlm7, nous permet d’identifier deux régions de la protéine pertinentes pour son interaction avec Rlm4 ou Rlm7, ainsi qu’une région impliquée dans la translocation de la protéine vers les cellules végétales.
Structure du génome, expression des effecteurs et adaptation à l'hôte
  • Les gènes codant pour des effecteurs montrent une cinétique d’expression concertée et caractérisée par un pic de surexpression dans les premiers stades de l’interaction avec la plante (7 jours). Leur localisation génomique a un impact majeur sur leur expression : la structure condensée de la chromatine, liée à une méthylation des histones, en particulier dans les promoteurs (coll. M. Freitag, Oregon State University), contribue à une répression de l’expression des gènes lors des phases de croissance végétative. Le shift vers la pathogenèse se traduirait par une décondensation de la chromatine dont le déterminisme est inconnu.
  • Un essai pluri-annuel a été mis au champ à Grignon (travail minimum) et à Versailles (pratiques « prudentes »), dans lequel les populations naturelles de L. maculans étaient soumises pour la première fois à la pression Rlm7 (coll. INRA Agronomie, Grignon). En trois ans de pression de sélection, une forte évolution des populations vers la virulence est observée à Grignon et non à Versailles et l’analyse moléculaire des souches virulentes montre que tous les événements décrits dans la littérature pour inactiver le gène ou la protéine d’avirulence sont mis en place à l’échelle de la parcelle. Le RIP est l’un des événements de mutation les plus précoces et il semble capable d’agir sur des gènes copie-unique pour peu que ceux-ci soient environnés d’ET. Ces travaux indiquent que les populations ont la capacité de générer de la diversité localement et sur des gènes ciblés localisés dans des grandes régions riches en ET. Il s’agit là de la première analyse en temps réel démontrant l’incidence des pratiques agronomiques sur l’adaptabilité d’un champignon phytopathogène.
  • Un effet important dans la fitness est dû à la perte d’AvrLm4-7, alors qu’il est beaucoup plus faible pour AvrLm1 (coll. B. Fitt, Univ Hertfordshire, GB). Ces données sont cohérentes avec le contournement rapide de Rlm1 au champ en France et en Australie, alors que le contournement de Rlm7, s’il semble être initié, est beaucoup plus lent. Pour d'autres gènes AVR, les résultats sont contrastés et identifient des gènes sans effet mesurable sur le développement des lésions, des gènes favorisant le développement des lésions et des cas de figure où la présence du gène AvrLm tend à limiter la taille de la lésion (ANR Génoplante AvirLep ; coord. M.H. Balesdent). Ces travaux, rarement développés sur les modèles fongiques fournissent des éléments à l’intégration de coûts de fitness aux modèles de prévisions des risques mais démontrent aussi une variation gène-spécifique de tels coûts. Elles sont à la base de l’évaluation de la dispensabilité d’un gène d’avirulence et donc de la durabilité potentielle du gène de résistance correspondant.
Fig2a

Résultats marquants: 1. Populations

Approches populationnelles sur le modèle L. maculans-L. biglobosa
Lire la suite

Résultats marquants: 2. génétique de l'interaction L. maculans - Brassica sp.

Dissection génétique des interactions entre L. maculans et le colza (B. napus) ou les Brassica apparentées
Lire la suite

Résultats marquants: 3. Génomique et génomique comparative

Séquençage de L. maculans, reséquençage et génomique comparative au sein du complexe d'espèces L. maculans-L. biglobosa
Lire la suite

Résultats maquants: 4. Génomique et pouvoir pathogène

Exploitation des données de génomique pour l'identification et la caractérisation des déterminants de la pathogenèse
Lire la suite

Résultats marquants: 5. Analyse fonctionnelle des gènes AVR

Clonage et analyse fonctionnelle des gènes d'avirulence de L. maculans
Lire la suite

Résultats marquants : 6. Structure du génome, expression et adaptation

Incidence de la structure du génome sur l'expression des effecteurs et l'adaptation à l'hôte
Lire la suite