Mécanismes cytologiques et moléculaires du pouvoir pathogène de Pythium oligandrum, oomycète mycoparasite

Cytological and molecular mechanisms of the pathogenicity of Pythium oligandrum, an oomycete mycoparasite

• Auteur / Autrice : Charlène Faure
• Direction : Bernard Dumas, Elodie Gaulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions plantes-microorganismes
• Date : Soutenance le 08/10/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (Toulouse ; 2010-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parasitisme

Pythium

Mots clés libres

Pythium oligandrum

Mycoparasitisme

Génome

RNAseq

PacBio

Optical mapping

Fusarium graminearum

Aphanomyces euteiches

Rhizophagus irregularis

Résumé

Pythium oligandrum est un oomycète mycoparasite du sol présentant un large spectre d'hôtes allant des champignons aux oomycètes. Cependant, la base moléculaire de ce mycoparasitisme est encore méconnue. Pour élucider les mécanismes impliqués dans le mycoparasitisme de P. oligandrum, nous avons effectué le premier séquençage de génome long-read de P. oligandrum avec la souche M1 (ATCC 38472). L’assemblage a été optimisé par une approche d’optical mapping conduisant à l’obtention d’un assemblage presque complet de 39Mb. Basé sur une approche de comparative génomique, j'ai détaillé comment ce projet de séquençage du génome m'a permis de découvrir de nouvelles adaptations génomiques liées au mycoparasitisme telles que l'enrichissement de familles de CAZy spécifiques au sein des Pythiales mycoparasites. Pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires du parasitisme, une interaction pathogène a été établie entre P. oligandrum et un agent pathogène majeur du blé Fusarium graminearum permettant d'effectuer une analyse transcriptomique au cours de l’interaction. Cela a montré que pendant le développement parasitaire, une reprogrammation transcriptomique majeure se produit chez P. oligandrum, notamment avec l'induction d'un grand nombre de gènes codant pour des protéines sécrétées (glycosyl hydrolases et protéases) et des protéines de fonction inconnue. Plusieurs gènes codant des enzymes impliquées dans la dégradation des champignons fongiques ont été identifiés, comme une chitinase spécifiquement trouvée dans les espèces mycoparasites de Pythium ainsi que des mécanismes de capture des stérols nécessaires pour permettre l'achèvement du cycle de vie sexuel. Pour évaluer l'activité mycoparasite de P. oligandrum sur d'autres proies, des pathosystèmes ont été développés en utilisant un oomycète phytopathogène, Aphanomyces euteiches et un champignon symbiotique Rhizophagus irregularis. Les résultats ont montré que P. oligandrum peut infecter un large éventail d'espèces non apparentées en produisant de nombreuses hydrolases et peut avoir un effet important sur l'interaction des racines avec des micro-organismes pathogènes et également symbiotiques.

Pythium oligandrum is a major soil-born mycoparasite oomycete with an extensive host range from fungi to oomycetes. However, the molecular basis of Pythium oligandrum pathogenic mechanisms underlying prey colonization is still poorly described. To decipher P. oligandrum mycoparasite mechanisms, we performed the first long-read genome sequencing of Pythium oligandrum with the M1 strain (ATCC 38472). The optical mapping technique improved the assembly leading to a near-complete assembly of the 39 Mb genome. Based on a comparative genomic approach, I detailed how this genome sequencing project allowed me to unravel novel genomic adaptations related to mycoparasitism, such as enrichment in specific CAZy families among mycoparasite Pythiale species. Pythium oligandrum established a pathogenic interaction with a significant wheat pathogen, Fusarium graminearum, allowing transcriptomic analysis. Transcriptomic analysis showed that a considerable transcriptome reprogramming occurred with the induction of many genes-coded secreted proteins (glycosyl hydrolases and proteases) during parasitic development. In addition, we identified several gene coding enzymes involved in fungal wall degradation, such as a chitinase specifically found in mycoparasite Pythium species and prey sterol scavenging mechanisms to enable sexual lifecycle completion. Besides, we evaluate the mycoparasite activity of P. oligandrum on other prey using two different pathosystems: a phytopathogenic oomycete, Aphanomyces euteiches, and a symbiotic fungus of plant roots, Rhizophagus irregularis. Together, these results showed that P. oligandrum could infect an extensive range of unrelated species by producing specific hydrolytic enzymes and can substantially affect root interaction with pathogenic and symbiotic microorganisms.