Thèse soutenue

Étude du rôle des métabolites secondaires fongiques dans les interactions plante-agents pathogènes

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Aude Geistodt-Kiener
Direction : Richard O’ConnellMuriel ViaudJean-Félix Dallery
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences végétales
Date : Soutenance le 31/05/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Véronique Éparvier
Examinateurs / Examinatrices : Soizic Prado, Thomas Guillemette, Fabienne Malagnac, Gaétan Le Floch
Rapporteurs / Rapporteuses : Soizic Prado, Thomas Guillemette

Résumé

FR  |  
EN

Les métabolites secondaires sont de petites molécules produites par les plantes et les micro-organismes. Pour la grande majorité d'entre eux, leurs fonctions sont inconnues, mais ils jouent probablement un rôle clé dans l'adaptation des organismes à leur environnement. Chez les champignons phytopathogènes, plusieurs clusters de gènes de biosynthèse (BGC) de métabolites secondaires sont induits spécifiquement pendant l'infection des plantes. Ces métabolites peuvent être des toxines qui aident à l'infection des plantes ou peuvent agir comme des effecteurs pour supprimer l'immunité des plantes. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle des métabolites fongiques dans les interactions entre les plantes et les agents pathogènes en utilisant deux modèles fongiques : Botrytis cinerea, un champignon nécrotrophe responsable de la pourriture grise, et Colletotrichum higginsianum, l'agent hémibiotrophe causant l'anthracnose des Brassicacées. Le principal obstacle est l'impossibilité d'isoler les métabolites secondaires fongiques produits lors de l'infection de la plante à partir de cultures axéniques. Pour lever ce verrou une approche novatrice, basée sur l'expression hétérologue de BGC chez la levure, a été développée. Cette méthode consiste à introduire dans la levure tous les gènes d'un BGC codant pour les enzymes requises pour synthétiser les métabolites d'intérêt. Dans ce système, tous les gènes du BGC sont mis sous le contrôle d'un même promoteur au sein d'un plasmide polycistronique. Le plasmide est ensuite introduit dans une levure optimisée pour la synthèse de métabolites. Pour valider cette approche, le BGC 16 de C. higginsianum, censé produire les molécules de la famille des colletochlorins, a été exprimé dans le système hétérologue. Les levures exprimant le BGC 16 ont été cultivées en milieu liquide et les métabolites ont été extraits du filtrat et du culot cellulaire et analysés par HPLC-MS, révélant la production de colletochlorins. Ce résultat permet de lier le BGC 16 et la synthèse de colletochlorins et donne de nouveaux éléments sur la voie de biosynthèse de ces molécules. Cet outil permettra d'exprimer des BGC dont le produit est inconnu et facilitera la découverte de nouvelles molécules, de leurs activités biologiques et de leur rôle écologique. Dans une deuxième partie, le rôle du BGC contenant la polykétide synthase BcPKS8 de B. cinerea dans l'infection a été exploré par une approche fonctionnelle. Ce BGC est plus spécifiquement exprimé pendant la phase précoce d'infection des baies de raisin et des tomates. Il est conservé dans toutes les espèces de Botrytis séquencées à ce jour, ainsi que dans Sclerotinia sclerotiorum et dans plusieurs espèces d'ascomycètes interagissant avec les plantes. Néanmoins, le polykétide produit par ce BGC est inconnu. Son rôle dans le processus d'infection a été testé à l'aide de la génétique inverse. Des tests d'infection de mutants nuls sur des baies de tomate ont montré que le polykétide produit est nécessaire pour une virulence complète. Ce mutant possède aussi une sensibilité accrue au stress osmotique indiquant un rôle potentiel du BGC Bcpks8 dans la résistance à ce stress. Pour évaluer la chronologie de l'expression de Bcpks8 avec exactitude, une souche rapportrice a été créée en fusionnant un gène codant une protéine fluorescente au promoteur de BcPKS8. Cette lignée rapportrice révèle une induction de Bcpks8 dans les premiers stades de la formation des coussins d'infection, une structure du champignon formée d'appressoria multiple impliqué dans la pénétration de la plante. L'expression hétérologue de l'ensemble du cluster a aussi été initiée pour déterminer la structure du polykétide. Les travaux de cette thèse apportent des outils qui devraient grandement faciliter l'étude des métabolites secondaires de champignons phytopathogènes. Ils soulignent également le rôle important de ces métabolites dans l'infection à travers l'exemple concret du BGC Bcpks8 de B. cinerea.