Impacts biochimiques et biologiques de mutations dans le gène sdhB codant la sous-unité B de la succinate déshydrogénase chez le champignon phytopathogène Botrytis cinerea

Biochemical and biological impacts of mutations in the sdhB gene encoding the B sub-unit of the succinate dehydrogenase enzyme complex in the phytopathogenic fungi Botrytis cinerea

• Auteur / Autrice : Anaïs Lalève
• Direction : Sabine Fillinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 31/05/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Fillinger, Claire Remacle, Thomas Guillemette, Michèle Reboud-Ravaux, Marie Dufresne, Valérie Toquin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paul Tudzynski, Claire Remacle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines -- Marquage par affinité

Cinétique enzymatique

Résistance aux fongicides

Respiration cellulaire

Mots clés libres

Activité enzymatique

Respiration

Affinitérésistance aux fongicides

Inhibiteurs de la succinate-désydrogénase

Botrytis cinerea

Fitness

Traits de vie

,population

Enzyme activity

Respiration

Affinity

Fungicide resistance

Succinate-dehydrogenase inhibitors

Fitness cost

Grey mold

Population

Résumé

La succinate déshydrogénase (SDH) est à la fois une enzyme clé du cycle de Krebs oxydant le succinate en fumarate et le complexe II de la chaîne respiratoire mitochondriale impliqué dans le transfert des électrons et la réduction de l’ubiquinone. Des inhibiteurs de cette enzyme (SDHI) ont été développés ou sont en cours de développement comme antifongiques. Cette famille de fongicides est notamment utilisée pour lutter contre Botrytis cinerea, champignon phytopathogène responsable de la pourriture grise sur de nombreuses cultures dont la vigne. Des souches résistantes aux SDHI ont été isolées chez B. cinerea et d’autres champignons phytopathogènes. Chez ces isolats résistants, des mutations ont été identifiées dans les gènes codant la SDH. Au cours de cette thèse, nous avons étudié l’impact de mutations affectant la sous-unité B (SdhB) de la succinate déshydrogénase sur l’activité de l’enzyme, la biologie du champignon B. cinerea et la résistance aux inhibiteurs ciblant cette enzyme. Par mutagénèse dirigée du gène sdhB, nous avons obtenu des mutants dits « isogéniques » qui ont permis de confirmer l’implication de ces mutations dans la résistance aux différentes molécules SDHI. Par ailleurs, nos résultats montrent que les modifications de la sous-unité SdhB affectent l’affinité des SDHI pour la SDH et les niveaux d’inhibition de l’activité SDH par les molécules inhibitrices ; ce qui explique - in fine - les spectres de résistance des mutants aux SDHI. Actuellement, tous les mutants sont résistants au boscalid et les mutants les plus fréquemment retrouvés au vignoble, sdhBH272R/Y, sont sensibles au fluopyram. Les travaux réalisés sur les mutants sdhB montrent que les mutations étudiées ont également un impact sur l’activité de l’enzyme et sur le développement du champignon, conséquences dépendantes du résidu substitué et de la substitution. En particulier, les mutations sdhBH272L/R affectent fortement l’activité de l’enzyme et la fitness du champignon alors que le mutant sdhBH272Y est peu affecté. Enfin, l’analyse de populations de pourriture grise de différentes origines (région, plantes hôtes) par rapport à la résistance aux SDHI réalisée sur les années 2009/2010 montre que les mutants sdhBH272R/Y sont toujours les plus fréquents mais leurs fréquences varient en fonction des situations agronomiques. Notamment la fréquence du mutant sdhBH272R augmente avec la pression de sélection exercée par les fongicides. Ce mutant attire particulièrement notre attention du fait de sa relation non linéaire entre fitness et fréquence au champ.

Succinate dehydrogenase is both a key enzyme of the TCA cycle, oxidizing succinate into fumarate and complex II of the mitochondrial respiratory chain involved in electron transfer and ubiquinone reduction. Inhibitors of this enzyme (SDHIs) have been developed or are in the developmental process as fungicides. Actually, SDHIs are registered to deal with Botrytis cinerea, a phytopathogenic fungus responsible for grey mold on many crops including grapevine. Strains of B. cinerea and other pathogenic fungi have been isolated for their resistance to SDHI. They mainly harbor mutations in genes encoding SDH subunits. During this thesis, we studied the impact of mutations modifying subunit B of succinate dehydrogenase on enzyme activity, fungal biology and resistance to SDHIs. “Isogenic” mutants obtained through site-directed mutagenesis and homologous recombination allowed us to confirm the role of sdhB mutations in SDHIs resistance. Our results also show that the substitutions in the SdhB subunit impact respectively the affinity of SDHIs to SDH and the inhibition levels of SDH activity by inhibitors, which explain – in fine – the resistance spectra observed for the mutants. Up to now, all sdhB mutants are resistant to boscalid and the most frequent mutants observed in grapevines, sdhBH272R/Y, are susceptible to fluopyram. Studies on sdhB mutants reveal that the mutations also impact the enzymatic activity and the fungal development depending on the substitution. In particular, sdhBH272L/R mutations have the strongest impact on enzyme activity and the fitness of the fungus, whereas these parameters are almost not altered in the sdhBH272Y mutant. Finally, grey mold populations from different origins (country, plant host) were analyzed for their SDHI resistance pheno- and genotypes. Yet, the sdhBH272R/Y mutants were the most frequent, but these frequencies varied according to the agronomical situation. Interestingly, the frequencies of the sdhBH272R mutant seem to increase with the selective pressure exerted by fungicides. This mutant is of particular interest because of the absence of correlation between the fitness we measured and the frequencies we observed in natura.