Identification multiomique d'effecteurs candidats de l'oomycète Aphanomyces euteiches, parasite racinaire des légumineuses

Multiomics identification of effectors candidates from oomycete root plant pathogen Aphanomyces euteiches

• Auteur / Autrice : Andrei Kiselev
• Direction : Elodie Gaulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions plantes-microorganismes
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Roux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Poussereau, Pieter Van West

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parasites

Racines (botanique)

Fabacées

Oomycètes

Mots clés libres

Effecteur

Oomycète

Aphanomyces

Génomique

Protéomique

Effector

Oomycete

Aphanomyces

Genomics

Proteomics

Résumé

Aphanomyces euteiches est un oomycète filamenteux pathogène racinaire de nombreuses légumineuses comme le pois et la luzerne. Ce microorganisme tellurique est responsable d'importants dégâts et restreint la culture de légumineuse du fait de sa capacité à se maintenir dans les sols. L'un des principaux facteurs de pathogénicité des organismes filamenteux eucaryotes sont les effecteurs protéiques qui sont sécrétes par le parasite pendant l'interaction et vont affecter la physiologie de la plante hôte ou modifier la composition du microbiome pour faciliter l'infection. Les agents pathogènes possèdent des myriades d'effecteurs, qui sont finement régulés au niveau de leur expression et peuvent facilement évoluer au contact de la plante hôte. Le séquençage des génomes de nombreux agents pathogènes a démontré que chaque espèce code des centaines d'effecteurs putatifs avec un degré élevé de gènes spécifique à la lignée. Alors que la prédiction des effecteurs basée sur des données génomique est plutôt facile et robuste, l'élucidation de la fonction de l'effecteur est une tâche longue et spécifique à chaque effecteur. Par conséquent, la sélection d'effecteurs candidats à partir des centaines prédits est une étape clé pour les analyses fonctionnelles. Ce travail de thèse avait donc pour objectif, tout d'abord, via des études de génomique comparative de prédire le répertoire d'effecteur d'A. euteiches et de définir si certains étaient impliqués dans la préférence d'hôte (pois vs luzerne). Cette analyse a mis en exergue le large arsenal de Crinklers sécrétés (CRNs), d'enzymes dégradant la paroi cellulaire végétale (CAZymes), de protéases. Enfin des Petites Protéines Sécrétées (SSPs) sans fonction prédite pourrait intervenir dans la préférence d'hôte. Dans un second temps deux techniques expérimentales ont été mises en place afin de caractériser directement les effecteurs présents chez l'hôte végétal au cours de l'interaction. Un premier focus a été réalisé sur les protéases extracellulaires et leur caractérisation par protéomique à partir d'extrait apoplastique de racines de pois infectées par le parasite. Cette approche a permis de confirmer les prédictions génomiques et révélée l'existence de protéases originales dotées en plus d'un site catalytique d'un domaine de liaison à des carbohydrates et lipides. La seconde approche visait à identifier les proteins extracellulaires d'A. euteiches présentes dans le noyau de racines de M. trunctaula infectées afin d'en identifier les effecteurs via une combinaison d'analyse en FACS et de protéomiques. Des effecteurs candidats ont pu être également identifies avec succès. Cette thèse à contribuer à une meilleure connaissance des facteurs de pathogénicité mis en place par les oomycètes au cours de l'infection de la plante hôte et révélé leur complexité en agissant sur le développement des plantes, la stabilité génomique des plantes ou les réponses immunitaires des plantes. Ce projet est soutenu par Marie Sklodowska-Curie Actions comme la partie de ITN PROTECTA (2018-2022) dédie à l'étude de pathogénicité d'oomycetés 766048 (MSCA-ITN-2017 'PROTECTA').

Aphanomyces euteiches is a soil-borne oomycete pathogen of leguminous plants, affecting production of peas and alfalfa all over the world. One of the major pathogenicity factors of filamentous organisms are the proteinaceous secreted effectors, which targets host plant physiology or modify microbiome composition to facilitate invasion. The pathogens have myriads of effectors encoded in their genome, which evolve rapidly during host-pathogen arm race and possess fine transcriptional regulation during the infection process. Genome sequencing of various pathogens demonstrated that each species encodes hundreds putative effectors with a high degree of lineage-specific genes. Whereas prediction of the effectors based on -omics data is rather easy and robust as the amount of the genome data is growing, the elucidation of the effector function is a laborious task and for each species the number of characterized effectors counts from none to dozens. Therefore, the selection of the effector for functional characterization is the important task for studying plant-pathogen interactions. This PhD work by comparative genomics studies firstly highlighted the large arsenal of secreted Crinklers (CRNs), Small Secreted Proteins (SSPs), cell wall degrading enzymes (CAZymes) and proteases in the genome of A. euteiches. Then the main aim of the work was related to the development of proteomics-based assays to support genomic prediction of putative effector that may play a role during infection of leguminous hosts. During the PhD I developed assays for rapid detection of the apoplastic proteases and nuclear targeting proteins present during the infection. The different approaches supported the genomic prediction of main effector categories. I also described modular microbial cysteine/serine proteases and various type of nuclear-localized proteins that participate in A. euteiches invasion by acting on plant development, plant genomic stability or plant immune responses. This PhD work is a part of a four-year European ITN Protecta project (2018-2022) dedicated to study oomycete pathogenicity factors 766048 (MSCA-ITN-2017 'PROTECTA').