Les déterminants génétiques de la virulence, du fitness et de l'adaptation de xanthomonas

The genetic determinants of virulence, fitness and adaptation of xanthomonas

• Auteur / Autrice : Thomas Quiroz
• Direction : Alice Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des plantes, interactions biotiques et abiotiques
• Date : Soutenance le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-2024)
• Jury : Président / Présidente : Claude Bruand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erwan Gueguen, Marie-Anne Barny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chou-fleur

Virulence (microbiologie)

Génomique comparative

Xanthomonas

Mots clés libres

Chou-fleur

RB-TNSeq

Nervation noire

Chimiotaxie

Xanthomonas

HrpG

Cauliflower

RB-TnSeq

Black rot

Chemotaxis

Xanthomonas

HrpG

Résumé

Au cours des dernières décennies, les bactéries phytopathogènes du genre Xanthomonas ont attiré une attention considérable dans la recherche scientifique en tant que modèle d'interaction plante-pathogène. Bien que leurs principaux mécanismes de virulence soient bien décrits dans la littérature, certains aspects de leur pathogénie restent mal compris. Au cours de cette thèse, nous avons utilisé une variété d'approches pour approfondir trois aspects distincts de la virulence de Xanthomonas. Tout d'abord, nous avons intégré des analyses transcriptomiques avec de la génomique comparative afin d'étudier la diversité du régulon du régulateur de réponse HrpG chez dix-sept souches différentes couvrant six espèces et neuf pathovars de Xanthomonas. Nous avons observé que HrpG peut réguler une variété de processus physiologiques différents selon les espèces. De plus, seul un ensemble de gènes liés à la sécrétion de type III plus quelques gènes codant d'autres fonctions sont régulés par HrpG dans toutes les souches. Ce travail suggère que HrpG régule la virulence de Xanthomonas via des stratégies spécifiques à chaque souche, reflétant potentiellement une adaptation à diverses niches écologiques. Deuxièmement, nous avons utilisé une méthode de criblage haut débit, le ''Randomly Barcoded-Transposon insertion site Sequencing'' (RB-TnSeq) pour identifier les déterminants génétiques du fitness et de l'adaptation de Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) lors de la colonisation des vaisseaux du xylème et du mésophylle du chou-fleur (Brassica oleracea). En combinant les résultats de ces cribles avec les résultats de cribles RB-TnSeq précédents effectués dans les hydathodes de chou-fleur et diverses conditions in vitro, nous avons identifié des gènes candidats spécifiques au fitness et à l'adaptation in planta dans différents tissus végétaux. Ce travail a permis d'identifier de nouvelles cibles intéressante pour la caractérisation des mécanismes impliqués dans la fitness et l'adaptation à différents tissus de la plante hôte. Enfin, nous avons conçu le ''Large Scale Bacterial Attraction assay'' (LSBA), un dispositif expérimental qui permet la séparation physique des mutants qui peuvent présenter une chimiotaxie normale de ceux qui n'en sont pas capables. Nous avons intégré le LSBA avec le RB-TnSeq pour rechercher les déterminants génétiques de Xcc nécessaires pour la chimiotaxie vers la sève de xylème de chou-fleur diluée. Ici, nous avons identifié des gènes connus et inconnus impliqués dans le chimiotactisme de Xcc. Ce travail a permis l'identification de cibles intéressante pour le développement de travaux de recherche pour la caractérisation des mécanismes moléculaires sous-jacents au chimiotactisme de Xcc et offre un outil pour le développement de criblage haut débit de gène important pour le chimiotactisme d'autres espèces bactériennes. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse font progresser notre compréhension des mécanismes de virulence des Xanthomonas en élucidant le rôle complexe de HrpG dans la régulation de diverses voies de virulence et d'adaptation, en identifiant des déterminants génétiques de la fitnesse bactérienne et de l'adaptation aux différents tissus végétaux et en découvrant certains déterminants de la chimiotaxie. Ces résultats fournissent des informations et des outils précieux pour les recherches futures sur les interactions plantes-pathogènes et la pathogénicité bactérienne.

In recent decades, bacteria from the plant pathogenic genus Xanthomonas have garnered significant attention in scientific research as a model for plant-pathogen interaction. Although considerable progress has been made in the identification and characterization of their major virulence mechanisms, there are certain aspects of their pathogenicity that remain poorly understood. In the course of this thesis, we used a variety of approaches to dive deeper into three distinct aspects of Xanthomonas virulence. First, we integrated transcriptomics with comparative genomics to investigate the diversity of the HrpG virulence regulon across seventeen different strains of six species comprising nine Xanthomonas pathovars. Here, we observed that HrpG can regulates a variety of different physiological processes in different species. However, only a core set of genes related to Type III secretion and a few additional genes are consistently regulated across all strains. This work suggests HrpG-dependent virulence is achieved through several distinct strain-specific strategies, potentially reflecting adaptation to diverse ecological niches. Second, we made use of Randomly Barcoded-Transposon insertion site Sequencing (RB-TnSeq) to screen for the genetic determinants of fitness and adaptation of Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) during colonization of the xylem vessels and the mesophyll tissue of cauliflower (Brassica oleracea). Combining the results from these screens with results of previous RB-TnSeq screens performed in cauliflower hydathodes and various in vitro conditions, we identified candidate genes specific to fitness and adaptation in planta and specific plant tissues. This work provides targets for future research efforts in the characterization of the genetic determinants involved in fitness and adaptation to specific plant environments. Lastly, we designed the Large Scale Bacterial Attraction assay (LSBA), an experimental setup which allows for the physical separation of mutants which can exhibit normal chemotaxis from those that do not. We integrated the LSBA with RB-TnSeq to screen for the genetic determinants in Xcc required for chemotaxis towards diluted cauliflower xylem sap. Here, we identified both known and unknown genes involved in chemotaxis in Xcc. This work provides targets for future research efforts in the characterization of molecular mechanisms underlying chemotaxis in Xcc and provides a new tool to screen for the genetic determinants of chemotaxis in other bacteria. Altogether, these thesis results advance our understanding of Xanthomonas virulence by elucidating the complex role of HrpG in regulating various virulence and adaptive pathways, identifying genetic determinants of fitness and adaptation in plant tissues, and uncovering some chemotaxis determinants. These findings provide valuable insights and tools for future research on plant-pathogen interactions and bacterial pathogenicity.