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Coordinateur : Guy CONDEMINE (MICROBIOLOGIE, ADAPTATION ET PATHOGENIE)
Partenaire : CRIStAL
Équipe : Bonsai du Groupe Thématique : MSV.
Dates : 02/2020 - 2023
Résumé :
Les bactéries pathogènes des plantes entraînent des pertes de récolte importantes contre lesquelles très peu de moyens de lutte existent. Toutefois, la protection des plantes nécessite la connaissance de la diversité génétique et phénotypique des agents phytopathogènes, l’étendue de leur gamme d’hôtes et la diversité des habitats dans lesquels ils constituent des populations réservoir. Les études sur les bactéries pathogènes des plantes sont bien souvent menées sur un nombre limité de souches de laboratoire et sur des plantes modèles ce qui ne représente que partiellement les situations réelles. En effet, alors que certaines bactéries sont trouvées exclusivement sur des plantes malades, d’autres peuvent être isolées aussi dans des environnements variés tels que le sol, l’eau ou des plantes sauvages saines. Ces souches de l’environnement peuvent représenter une source potentielle d’épidémie mais peu est connu des déterminants potentiellement pathogènes qu’elles portent ni sue comment ces réservoirs jouent un rôle sans leur survie, leur multiplication et leur pouvoir pathogène. Dans la perspective de développer une approche plus globale de l’étude des maladies des plantes incluant l’environnement, nous proposons de travailler sur des souches de bactéries phytopathogènes isolées de l’environnement et d’identifier les déterminants génétiques permettant leur croissance et leur survie dans la plante mais aussi dans un substrat environnemental, l’eau de rivière, vecteur majeur de dissémination. Dans ce projet, la mise en œuvre du Tn-seq, une technique innovante de mutagenèse couplée en séquençage haut débit a été choisie pour identifier rapidement, sur un large panel de souches, des gènes nécessaires à la croissance dans une condition donnée la plante ou l’eau. De tels déterminants seront recherchés chez trois bactéries phytopathogènes à large spectre d’hôtes en France, Pseudomonas syringae, Pectobacterium spp et Dickeya spp, pour lesquelles nous disposons de collections de souches environnementales importantes et uniques. Des souches représentant la plus grande diversité phylogénétique seront sélectionnées pour disposer d’un large panel de déterminants potentiels. L’analyse Tn-seq sera effectuée sur plusieurs plantes et dans l’eau de rivière. Pour analyser la grande masse de données générées par ces analyses, nous développerons et diffuserons un pipeline bioinformatique complet, permettant de traiter à la fois des conditions multiples et des souches différentes. La validation des résultats obtenus nécessitera la construction d’un grand nombre de mutants. En plus des techniques de mutation classiques, nous développerons le CrispRi chez ces trois espèces. Toutes ces approches permettront d’identifier, comme cela a été fait chez des pathogènes humains, de nouveaux déterminants génétiques plus ou moins génériques impliqués dans la virulence sur plante, conservés au niveau du genre, de l’espèce ou de la souche. Il conduira également à connaître les gènes nécessaires à la survie dans l’environnement aquatique, très peu connus chez ces espèces environnementales. La comparaison des deux habitas permettra d’envisager comment les réservoirs environnementaux peuvent influencer le pouvoir pathogène des bactéries et en tenir compte dans l’anticipation de futures épidémies. Les résultats obtenus nous aideront à prédire la virulence des souches et/ou à développer des stratégies antibactériennes. De façon générale, ce projet ouvrira la voie à des études d’autres agents pathogènes environnementaux en proposant un cadre original à la fois conceptuel et technologique, extrêmement prometteur.
Abstract :
Plant pathogenic bacteria are a main threat for food production worldwide and no efficient means of control exist. Crop protection methods require knowledge of the genetic and phenotypic diversity of plant pathogens, of the extent of their host range and of habitats in which reservoirs of inoculum are found. Studies on plant pathogenic bacteria have often been conducted on a limited number of model laboratory strains and model plants. While some bacteria are found only in infected plants, others can be isolated in various environments such as soil, water or healthy plants. These strains could represent a potential source of disease outbreak and nothing is known on how environmental reservoirs weight on their survival, multiplication and pathogeny. From the perspective of developing more comprehensive approaches to plant disease studies, including environment, we propose to investigate genetic determinants of bacterial lifestyle both in planta and in fresh water, a major vector of pathogen dissemination through the river and irrigation networks. Availability of large collections of environmental strains and new high throughput sequencing techniques now allow to identify simultaneously, in a large panel of strains, genes required for growth in a given condition, like in planta, in water or in soil. In this project, we will use Tn-Seq, an innovative mutagenesis and high throughput sequencing technique to find such genetic determinants, in three wide spectrum pathogenic bacteria present in France : Pseudomonas syringae, Pectobacterium spp and Dickeya spp. Strains of these bacteria will be selected in our collections to represent the largest phylogenetic diversity and origin. The Tn-seq analysis will be performed on several plants and in river water. To analyse this data, we will develop a dedicated open-source bioinformatics pipeline, that will address the challenge of multiple conditions and multiple strains comparison. Validation of the results obtained will necessitate construction of a large number of mutants. In addition to the techniques commonly used to make mutants, we will use CrispRi gene silencing method in the three species. All these approaches will allow the identification of new genetic determinants involved in virulence on plants and those required for fitness in water, a major environmental habitats. Comparison of the two habitats will identify genetic determinants in common and lead to hypothesis on how environmental reservoirs could drive growth, survival and pathogeny of pathogens. Studying various pathogenic bacteria will allow to identify the virulence genetic determinants conserved at the genus, species or strain level. The results obtained in this work could help predict strain virulence, develop antibacterial strategies.