Caractérisation phénotypique et moléculaire de la réponse du riz au cours de l’interaction avec des espèces de Burkholderia s.l.

Phenotypic and molecular responses of rice to Burkholderia s.l. species

• Auteur / Autrice : Eoghan King
• Direction : Pierre Czernic, Lionel Moulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des systèmes
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions plantes microorganismes environnement (Montpellier ; 2011-2020)
• Jury : Président / Présidente : Michel Lebrun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Czernic, Lionel Moulin, Michel Lebrun, Matthieu Arlat, Alia Dellagi, Sofie Goormachtig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Arlat, Alia Dellagi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transcriptome

Riz

Champignons endophytes

Rhizobactéries

Burkholderia

Mots clés libres

Riz

Burkholderia

Endophyte

Rhizobactéries

Transcriptomique

Pgpr

Rice

Burkholderia

Endophyte

Rhizobacteria

Transcriptomics

Pgpr

Résumé

Dans les conditions naturelles, les plantes interagissent avec une grande diversité de microorganismes, entretenant avec elles des types d’interactions variées allant du mutualisme à la pathogénie. Quelque soit le type d’interaction mis en place, les plantes sont capables de reconnaitre des motifs moléculaires microbiens conservés qui induisent l’activation d’une réponse immunitaire dite « non-hôte ». Cette réponse immunitaire basale a largement été étudiée dans le cas des interactions avec des microorganismes mutualistes et pathogènes. Cependant, dans le cas des « symbioses associatives » avec des rhizobactéries ou des bactéries endophytes bénéfiques, regroupées sous le terme de Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR), les réponses immunitaires et physiologiques des plantes ont très peu été décrites. Dans ce contexte, ce projet de thèse a eu pour objectif de décrire les régulations transcriptionnelles de la monocotylédone modèle, le riz, en réponse à l’interaction avec des bactéries bénéfiques -rhizosphériques ou endophytes- et pathogènes du genre Burkholderia sensu lato (s.l.). Ce genre ubiquiste de béta-protéobactéries a la particularité d'avoir été subdivisé en deux genres aux écologies distinctes : le genre Paraburkholderia regroupant des espèces environnementales et bénéfiques des plantes, et le genre Burkholderia sensu stricto (s.s.) qui regroupe des espèces opportunistes et pathogènes de l'homme ainsi que des pathogènes de plantes, mais aussi des espèces phytobénéfiques (comme B. vietnamiensis). L’analyse par RNA-Seq de la réponse transcriptomique du riz à trois souches endophytes, Paraburkholderia kururiensis M130, Burkholderia vietnamiensis TVV75 et Paraburkholderia phytofirmans PsJN, ont permis de mettre en évidence des régulations physiologiques contrastées en fonction de la souche inoculée. De plus, des analyses comparatives de la colonisation des tissus racinaires par ces souches ont pu associer certaines de ces régulations à différents modes de colonisation. Enfin, l’expression de gènes impliqués dans la réponse immunitaire des plantes, identifiés par l’analyse fonctionnelle des transcriptomes, a été mesurée au cours de cinétiques d’interaction avec une plus large diversité de souches. Pour cela, dix souches de Burkholderia s.l., comprenant trois souches pathogènes, ainsi que trois souches PGPR modèles du riz des genres Azospirillum, Herbaspirillum et Pseudomonas ont été choisies. Cette dernière approche a permis de mettre en évidence des régulations transcriptionnelles associées à des types de colonisation, rhizosphérique et endophytique, ou d’interactions, bénéfiques et délétères. Ces travaux s’intègrent dans la caractérisation des bases moléculaires de la réponse des plantes aux microorganismes bénéfiques qui représentent un potentiel important pour le développement de solutions agronomiques durables favorisant la nutrition et la résistance des plantes aux maladies.

In natural conditions, plants interact with a large diversity of microorganisms maintaining with them various types of interaction ranging from mutualism to pathogenesis. Whatever the type of interaction established, the plants are able to recognize conserved microbial molecular motifs which trigger a so-called “non-host” immune response when perceived. This basal immune response has been extensively studied in the case of interactions with mutualistic and pathogenic microorganisms. However, in the case of “associative symbiosis” with beneficial rhizobacteria or bacterial endophytes, grouped under the term Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR), the immune and physiological responses of plants have been scarcely described. In this context, this thesis project aimed at describing the transcriptional regulations of the model monocotyledonous rice, in response to the interaction with beneficial -rhizospheric or endophytic- and pathogenic bacteria of the genus Burkholderia sensu lato (s.l.). This ubiquitous genus of beta-proteobacteria has the particularity of having been subdivided into two genera with distinct ecologies: the genus Paraburkholderia, which groups together environmental and plant-associated species, and the genus Burkholderia sensu stricto (s.s.), which groups together human opportunistic and pathogenic species but also phytobeneficial species such as B. vietnamiensis. RNA-Seq analysis of the transcriptomic response of rice to three endophytic strains, Paraburkholderia kururiensis M130, Burkholderia vietnamiensis TVV75 and Paraburkholderia phytofirmans PsJN, revealed contrasting physiological regulations depending on the inoculated strain; in addition, comparative analyses of root tissue colonization by these strains enabled to associate some of these regulations with different colonization patterns. Finally, the expression of genes involved in the immune response of plants, identified by the functional analysis of transcriptomes, was measured during interaction kinetics with a wider diversity of strains. For this, ten strains of Burkholderia s.l., comprising three pathogenic strains, as well as three model rice PGPR strains of the genera Azospirillum, Herbaspirillum and Pseudomonas were selected. This last approach highlighted transcriptional regulations associated with the types of colonization, rhizospheric and endophytic, or interaction, beneficial and deleterious.This work is part of the characterization of the molecular bases of plants’ response to beneficial microorganisms which represent an important potential for the development of sustainable agronomic solutions favoring nutrition and plant resistance to diseases.