Caractérisation de nouvelles sources de résistance aux souches africaines de Xanthomonas oryzae pv. oryzae, agent de la bactériose vasculaire du riz

Characterization of new sources of resistance to African strains of Xanthomonas oryzae pv. oryzae, agent bacterial leaf blight of rice

• Auteur / Autrice : Marlène Lachaux
• Direction : Boris Szurek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plant Health Institute (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Claire Neema
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boris Szurek, Claire Neema, Alia Dellagi, Roland Kölliker, Mathilde Hutin, Nicolas Chen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alia Dellagi, Roland Kölliker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Régulation génétique

Afrique

Riz -- Maladies

Xanthomonas

Mots clés libres

Gène exécuteur

Xanthomonas oryzae pv. oryzae

Riz

Résistance

Effecteur de type TAL

Afrique

Xanthomonas oryzae pv. oryzae

TAL effector

Executor genes

Africa

Rice

Plant disease resistance

Résumé

La bactériose vasculaire du riz, causée par la bactérie à Gram-négatif Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), est une des maladies les plus dévastatrices des cultures de riz en Afrique de l'Ouest et en Asie. Grâce à son système de sécrétion de type III, Xoo injecte ses effecteurs de type TAL ("Transcription Activator-Like") au sein de la cellule végétale hôte. Grâce à leurs signaux de localisation nucléaire (NLS), les TALE sont ensuite importés au noyau où ils ont la capacité de se fixer, par le biais de leur région centrale composée de répétitions en tandem, au promoteur d'un gène hôte au niveau d’une séquence appelée EBE (pour "Effector Binding Element"), et d’initier la transcription via leur domaine d'activation (AD). Xoo est ainsi capable de moduler l'expression des gènes de la plante en détournant sa machinerie transcriptionnelle et d'induire des gènes dits de sensibilité (S) qui favorisent le développement de la bactérie et donc de la maladie. Dans certains cas, les TALE peuvent activer des gènes dits exécuteur (E) dont l'expression entraîne des réactions de défenses de la plante et provoque la résistance. Des analyses de diversité génétique ont montré que Xoo comprend deux lignées correspondant aux souches Africaines et Asiatiques. Elles se distinguent notamment par le nombre de gènes tal qu'elles possèdent, mais aussi par le type de résistance qu’elles élicitent. De fait, aucune des races identifiées en Afrique n’a été retrouvée en Asie.L'objectif de cette thèse était d'identifier des sources de résistance chez le riz afin d’apporter de nouvelles stratégies de contrôle de la bactériose vasculaire du riz en Afrique. Des analyses préliminaires avaient permis de mettre en évidence par une approche de gain de fonction, plusieurs TALE de la souche Malienne MAI1 ayant une activité potentielle d'avirulence sur les variétés de riz IR64, CT13432 et FKR47N. Afin de confirmer ces résultats, une approche par perte de fonction a été entreprise, consistant à cribler une banque de mutants BAI3Δtal générés dans la souche Burkinabè BAI3, dont le TALome (répertoire de gènes tal) est très proche de celui de MAI1, sur chacune des trois variétés résistantes. Ces travaux ont permis de valider le rôle d’avirulence de TalD et TalI sur les variétés IR64 et CT13432, respectivement. Il a également été démontré que la résistance de CT13432 aux souches MAI1 et BAI3 résultait de la combinaison de deux mécanismes de résistance, l'un reposant sur l'induction, médiée par TalI, d'un gène exécuteur encore inconnu, et l'autre sur un allèle du gène de résistance Xa1. Dans un second temps, afin d'approfondir nos connaissances sur la résistance conférée par IR64 aux souches Africaines de Xoo, le criblage d'une population de lignées recombinantes de génération F11, provenant du croisement entre la variété résistante IR64 et la variété sensible Azucena, a été mené. Cette étude a permis de confirmer deux QTL, qABB-7 et qABB-11, préalablement rapportés dans une autre étude, et d'identifier quatre nouveaux QTL de résistance aux souches Africaines de Xoo. Pour finir, des analyses de type RNAseq ont été réalisées sur la variété résistante IR64 et la variété sensible Nipponbare, dont les génomes séquencés sont disponibles, afin de caractériser leur transcriptome en réponse à des souches Africaines de Xoo. L'activité d'avirulence de TalD chez IR64 ayant été démontrée, une comparaison de l'expression différentielle des gènes indu its par MAI1 et BAI3 avec le mutant BAI3ΔtalD a été effectuée, permettant d'identifier de potentiels gènes E candidats expliquant la résistance TalD-dépendante de IR64. Ces travaux représentent une première étape dans le développement de nouvelles stratégies basées sur le déploiement de sources de résistance durables afin de lutter contre la bactériose vasculaire du riz en Afrique.

Bacterial Leaf Blight (BLB), caused by the Gram-negative bacterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is one of the most devastating diseases of rice in West Africa and Asia. Xoo injects through its type-III secretion system a full cocktail of TAL ("Transcription Activator-Like") effectors into the host plant cell. By means of their nuclear localization signals (NLS) TALEs are next imported into the host nucleus where they bind through central tandem repeats to host promoter targets at a sequence called EBE ("Effector Binding Element"), with the final aim of initiating gene transcription thanks to their activation domain (AD). Xoo is thus able to modulate the expression of plant genes by hijacking the plant transcriptional machinery and induce so-called susceptibility (S) genes that favor the development of the bacterium and disease consequently. In some cases, TALEs can activate so-called executor (E) genes whose expression leads to plant defense reactions and results in resistance. Genetic diversity analyses have shown that Xoo is comprised of two lineages that corresponding to strains from Africa for one and Asian strains for the other. African and Asian Xoo differ in their number of tal genes, but also in the type of resistance they elicit. Noteworthy, none of the races identified in Africa have been found in Asia.The objective of this thesis was to identify sources of resistance in rice in order to provide new strategies for the control of BLB in Africa. In a gain-of-function approach, preliminary analyses identified several TALEs of the Malian strain MAI1 with potential avirulence activity on the rice varieties IR64, CT13432 and FKR47N. To further confirm these results, a loss-of-function approach was undertaken, consisting in the inoculation of a library of BAI3Δtal mutants deriving from the Xoo Burkinabe strain BAI3, whose TALome (tal genes repertoire) is very similar to that of MAI1, on each of the three resistant varieties. This work validated the avirulence role of TalD and TalI on the matching rice varieties IR64 and CT13432, respectively. We also showed that the resistance exhibited by CT13432 against MAI1 and BAI3 results of the combination of two resistance mechanisms, one based on the TalI-mediated induction of an as yet unknown executor gene, and the other on an allele of the Xa1 resistance gene. In a second step, in order to deepen our knowledge on the resistance conferred by IR64 to African Xoo strains, the screening of a population of recombinant inbred lines of F11 generation, resulting from the cross between the resistant variety IR64 and the susceptible variety Azucena, was conducted. This study confirmed two QTL, qABB-7 and qABB-11, previously reported in another study, and also identified four new QTL of resistance against African Xoo strains. Finally, RNAseq analyses were performed on the resistant variety IR64 and the susceptible variety Nipponbare, which genomes are sequenced, to characterize their transcriptome in response to African Xoo. The avirulence activity of TalD in IR64 being demonstrated, a comparison of the differential expression of genes induced by MAI1 and BAI3 with the BAI3ΔtalD mutant was performed, allowing the identification of potential candidate E-genes induced by TalD in IR64. This work represents a first step in the development of new strategies based on the deployment of sustainable sources of resistance to control BLB in Africa.