Paroi et camouflage moléculaire chez le champignon phytopathogène Botrytis cinerea

Cell wall and molecular masking in the phytopathogenic fungus Botrytis cinerea

• Auteur / Autrice : Mélanie Crumière
• Direction : Nathalie Poussereau, Mathias Choquer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie moléculaire
• Date : Soutenance le 07/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie, adaptation et pathogénie (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Guillemette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Poussereau, Mathias Choquer, Monica Höfte, Isabelle Fudal, Alexandre Soulard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Guillemette, Monica Höfte, Isabelle Fudal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champignons nécrotrophes

Chitine

Paroi cellulaire des champignons

Aspect moléculaire

Botrytis cinerea

Mots clés libres

Botrytis cinerea

Effecteur

Camouflage moléculaire

Chitine

Paroi cellulaire

Nécrotrophe

Botrytis cinerea

Effector

Molecular masking

Chitin

Cell wall

Necrotroph

Résumé

La chitine est un polymère de N-acetyl-D-glucosamine retrouvé dans la paroi des champignons. Lors d’une infection par un champignon pathogène, la chitine peut être reconnue par l’hôte grâce à des récepteurs spécialisés comprenant un domaine de fixation à la chitine, appelé domaine LysM. Suite à cette reconnaissance, des voies de signalisation permettent d’activer des mécanismes de défense, tels que la production de ROS induisant une mort cellulaire localisée ou bien la sécrétion d’enzymes lytiques ciblant la paroi fongique (comme des chitinases). Chez les champignons phytopathogènes (hémi)biotrophes, le camouflage de la chitine pariétale permet de contourner ces mécanismes de reconnaissance et de défense afin d’assurer leur croissance chez leurs hôtes, puisque ces agents pathogènes se développent au contact des cellules végétales vivantes. Plusieurs stratégies ont été décrites comme permettant de masquer la chitine pariétale vis-à-vis des enzymes lytiques végétales ciblant la paroi, et des récepteurs spécialisés ; la sécrétion d’effecteurs fongiques comprenant un domaine de liaison à la chitine, domaine LysM, ou bien la modification de la chitine par sa désacétylation, formant du chitosan (polymère contenant des groupements D-glucosamine). Cette modification de la chitine est réalisée par des enzymes fongiques appelées Chitine Désacétylases (CDA). Chez les champignons nécrotrophes, qui se développent dans des tissus végétaux morts, ces mécanismes de camouflage de la chitine pariétale sont beaucoup moins décrits. Pourtant des gènes codant des protéines comprenant des domaines LysM ou bien des enzymes CDA sont retrouvés dans le génome de ces champignons. De plus, il a été montré qu’une protéine à domaine LysM et plusieurs CDA sont fortement induites dans le coussin d’infection du champignon nécrotrophe Botrytis cinerea. Le coussin d’infection développé par B. cinerea est une structure lui permettant de pénétrer dans les cellules végétales et est donc au contact de son hôte lors de l’infection. Ce travail de thèse a permis de démontrer qu’une protéine à domaine LysM sécrétée par B. cinerea fixe la chitine, protège la paroi du champignon de sa dégradation par des enzymes lytiques, et enfin retarde la mise en place de réactions de défense de l’hôte. De plus, la délétion du gène codant pour cette protéine entraine un retard dans l’initiation de l’infection ainsi qu’un défaut d’adhésion à la surface de l’hôte, démontrant ainsi le rôle de la protéine lors des stades précoce de l’infection. Dans un second temps, ce travail de thèse a également permis de confirmer la localisation spécifique du chitosan dans les coussins d’infection chez B. cinerea. La caractérisation phénotypique de souches délétées pour plusieurs gènes codant pour des CDA nous a permis de mettre en évidence un rôle dans la production et la germination des conidies, dans la formation des coussins d’infection, dans l’adhésion du champignon ainsi que dans la pathogénie, démontrant ainsi l’importance du chitosan dans le développement in vitro et in planta du champignon.

Chitin is a polymer of N-acetyl-D-glucosamine found in cell wall of fungi. Upon infection by a fungal pathogen, chitin can be recognised by the host through specialised receptors that include a chitin-binding domain, called LysM domain. Following this recognition, signalling pathways activate defence mechanisms, such as the production of ROS inducing localised cell death or the secretion of lytic enzymes targeting the fungal cell wall (such as chitinases). In (hemi)biotrophic plant pathogenic fungi, camouflage of parietal chitin allows them to bypass recognition and defence mechanisms in order to grow in their hosts, since these pathogens grow in living plant cells. Several strategies have been described to mask parietal chitin from plant lytic enzymes targeting the cell wall, and specialised receptors; secretion of effectors comprising a chitin-binding domain, LysM domain, or modification of chitin by deacetylation, forming chitosan (a polymer containing D-glucosamine groups). This modification of chitin is carried out by fungal enzymes called Chitin Deacetylases (CDA). In necrotrophic fungi, which grow in dead plant tissues, these mechanisms for masking parietal chitin are less described. However, genes encoding proteins with LysM domains or CDA enzymes are found in genome of these fungi. Furthermore, it has been shown that a LysM domain protein and several CDAs are strongly induced in the infection cushion of the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. The infection cushion developed by B. cinerea is a structure that allows the fungus to penetrate plant cells and is therefore in contact with its host during infection. This work demonstrated that the LysM domain protein secreted by B. cinerea binds chitin, protects the fungal cell wall from degradation by lytic enzymes, and delays the initiation of host defence reactions. In addition, deletion of the gene coding for this protein leads to a delay in the initiation of infection and a defect in adhesion to the host surface, thus demonstrating the role of the protein during the early stages of infection. This work also confirmed the specific localization of chitosan in the infection cushions of B. cinerea. The phenotypic characterization of strains deleted for several genes coding for CDA allowed us to highlight a role in conidia production and germination, in the formation of infection cushions, in the adhesion of the fungus as well as in pathogenesis, thus demonstrating the importance of chitosan in the development of the fungus in vitro and in planta.