Génomique comparative et évolutive au sein du complexe d’espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa

Comparative and evolutionary genomics within the Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa species complex

• Auteur / Autrice : Jonathan Grandaubert
• Direction : Thierry Rouxel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 22/10/2013
• 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-....) - BIOlogie GEstion des Risques en agriculture - Champignons Pathogènes des Plantes
• Jury : Président / Présidente : Juergen Kroymann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juergen Kroymann, Julien Dutheil
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cristina Vieira-Heddi, Sébastien Duplessis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transposons

Champignons phytopathogènes

Génomique comparative

Mots clés libres

Génomique

Evolution

Leptosphaeria maculans

Pouvoir pathogène

Éléments transposables

Genomics

Evolution

Leptosphaeria maculans

Pathogenicity

Transposable elements

Résumé

Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) est un champignon filamenteux de la classe des Dothideomycètes faisant partie du complexe d’espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa composé d’agents pathogènes des crucifères. Lmb est particulièrement adapté au colza (Brassica napus) et provoque la maladie qui lui est la plus dommageable : la nécrose du collet. Dans le but de mieux comprendre et contrôler cette maladie, l’équipe d’accueil a initié un projet de génomique visant à identifier de façon systématique les gènes impliqués dans le pouvoir pathogène. Les premières données génomiques montraient deux aspects très importants et potentiellement spécifiques de Lmb : (i) tous les gènes d'avirulence caractérisés expérimentalement étaient localisés dans de grandes régions riches en bases AT et composées d'éléments transposables (ET), (ii) ces régions riches en AT préfiguraient une structure génomique particulière, qui, si elle se généralisait à l'ensemble du génome, aurait été totalement inédite chez un micro-organisme eucaryote. La première partie de cette thèse présente la description du génome de Lmb en se focalisant sur sa structure en isochores, résultant d’une invasion du génome par des ET qui ont ensuite été inactivés par un mécanisme de défense spécifique aux champignons ascomycètes, le RIP (Repeat-Induced Point mutation). Puis, l’impact potentiel de cette structure sur la diversification et l’évolution des protéines jouant un rôle clé lors de l’interaction agent pathogène-plante a été évalué, mettant ainsi en avant l’existence d’un génome à « deux vitesses ». Afin de mieux comprendre le rôle potentiel joué par les ET au niveau des capacités d’adaptation de Lmb au colza, une étude de génomique comparative et évolutive de cinq membres du complexe d’espèces a été réalisée. Ce travail montre que Lmb est la seule espèce du complexe dont le génome a été envahi par les ET, et que ces derniers sont impliqués dans (i) des réarrangements intrachromosomiques potentiellement liés à la spéciation entre Lmb et l’espèce la plus proche, (ii) la présence de gènes espèce-spécifiques et (iii) des déplacements dans des régions génomiques très dynamiques de gènes codant des effecteurs. Les travaux constituant cette thèse participent à la généralisation du concept selon lequel un lien fort existe chez les champignons filamenteux phytopathogènes entre ET et gènes impliqués dans la pathogenèse ou l’adaptation à l’hôte.

Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) is a filamentous ascomycete from class Dothideomycetes. It belongs to the Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa species complex which comprises pathogens of crucifers. Lmb is specifically adapted to oilseed rape (Brassica napus) and is responsible for the most damaging disease of this crop: “stem canker”. In order to better understand and control the disease, the host team initiated a genomic project aiming at systematically identify genes involved in pathogenicity, analyse genome plasticity and evaluate their incidence on adaptability to host. Preliminary genome data firstly showed that all characterized avirulence genes were localized in large AT-rich regions, mainly composed of Transposable Elements (TEs). In addition, these AT-rich regions were the first hints that the Lmb genome may present a very unusual structure compared to other microorganisms. The first part of this thesis describes the Lmb genome with a special focus on its isochore structure, which is the result of a massive TE invasion of the genome followed by an inactivation of TEs by an ascomycete-specific defense mechanism called RIP (Repeat-Induced Point mutation). The potential impacts of this genome structure on diversification and evolution of proteins involved in the plant-pathogen interaction were assessed and highlighted the existence of a “two speed” genome. To better understand how TEs are involved in adaptation of Lmb towards oilseed rape, a comparative and evolutionary genomic analysis of five members of the species complex was conducted. This study shows that Lmb is the only species of the complex with genome invaded by TEs at such an extent, and that TEs are involved in (i) intrachromosomal rearrangements putatively related to the speciation event between Lmb and its closest relative species, (ii) the presence of species-specific genes, (iii) translocations of effector genes into highly dynamic genomic regions. Our data contribute to the generalization of the “two speed” genome concept in filamentous phytopathogens postulating that highly plastic regions of the genome are enriched in genes involved in niche adaptation and that a strong link exists between TEs and genes involved in pathogenesis or host adaptation.