Etude de l'impact de la nutrition azotée sur la phase initiale apoplasmique de l'interaction entre A. thaliana et B. cinerea

by Antoine Daviere

Doctoral thesis in Biologie

Under the supervision of Mathilde Fagard and Marie-Christine Soulié.

Thesis committee President: Isabelle Fudal.

Thesis committee members: Elodie Gaulin, Sylvain Raffaele, Jérôme Pelloux, Nathalie Poussereau.

Examiners: Elodie Gaulin, Sylvain Raffaele.

  • Alternative Title

    Study of the impact of plant nitrogen nutrition on the initial apoplastic phase of the A. thaliana and B. cinerea interaction


  • Abstract

    Botrytis cinerea is a necrotrophic phytopathogenic fungus of the Sclerotiniaceae family. To date, more than 1400 species of B. cinerea host plants have been identified. This pathogen alone represents 10% of the global fungicide market and 50% of the total cost for vineyard protection. These characteristics have made it one of the most economically and scientifically important phytopathogenic fungus model. The genome of B. cinerea contains a large number of genes potentially involved in pathogenicity coding for plant cell wall degradation enzymes, enzymes involved in the biosynthesis of toxins or in the detoxification of reactive oxygen species, but also proteases. In addition, the interaction between B. cinerea and its hosts is strongly impacted by environmental factors, including plant nutrition. Indeed, the amount of nitrogen supplied to the host plant is able to influence not only its immunity but also the ability of the fungus to produce its virulence factors. The aim of my phD project was to study the impact of nitrogen nutrition of the plant on the early phase of the infection, crucial for the outcome of the interaction. Thus, we focused on the apoplastic space, constituting the first compartment of the interaction. We performed the first description of the apoplastic space proteome and metabolome of A. thaliana leaves during the initial phase of B. cinerea infection. We identified metabolites and proteins already described in this pathosystem as well as new actors such as allantoïn AtXTH23, AtPRX62, AtRNS1, AT4G01700 and AtPNP-A on the plant side and Bcin13g00960 on the fungus side. Functional characterization of these candidates might enable a better understanding of the interaction. Then, our study of the BcPNL1 gene, coding for a B. cinerea enzyme belonging to the pectin lyases family and expressed early during infection, revealed its involvement in pathogenicity. Indeed, oligogalacturonides (OGs) produced by BcPNL1 were able to repress plant defenses to facilitate infection. Finally, we observed that plant nitrogen nutrition strongly influences fungal pectinase genes expression, thus modulating the production of OGs and the induction of plant defenses. At the same time, we studied the role of BcACP1, a glutamic protease secreted early during infection and differentially expressed by the fungus depending on the nitrogen nutrition of the plant. Pathogenicity tests with the BcACP1 mutant strain compared to the wild type B05.10 on a panel of natural accessions of A. thaliana revealed better plant resistance to the mutant in low nitrate condition and greater susceptibility in high nitrate. In order to better understand the ability of BcACP1 to function as a virulence or an avirulence factor, we searched for its protein targets in the apoplastic space during the early phase of the infection. We were able to identify putative targets of BcACP1 such as chitinases, cell wall remodeling proteins and defense regulators. Altogether, my thesis results revealed that varying plant nitrogen nutrition influence important processes taking place during the initial phase of the interaction between A. thaliana and B. cinerea.


  • Abstract

    Botrytis cinerea est un champignon phytopathogène nécrotrophe de la famille des Sclerotiniacées. A ce jour, plus de 1400 espèces de plantes hôtes de B. cinerea ont été recensées. Cet agent pathogène représente à lui seul 10% du marché mondial des fongicides et 50% des dépenses pour la protection de la culture de la vigne. Ces caractéristiques lui ont valu d'être classé parmi les modèles d'étude les plus importants économiquement et scientifiquement. Le génome de B. cinerea contient un grand nombre de gènes potentiellement impliqués dans la pathogénicité codant des enzymes de dégradation de la paroi végétale, des enzymes impliquées dans la biosynthèse de toxines ou encore dans la détoxication des espèces réactives de l'oxygène, mais aussi des protéases. De plus, l'interaction entre B. cinerea et ses hôtes est fortement impactée par les facteurs environnementaux dont notamment la nutrition des plantes. En effet, la quantité d'azote apportée à la plante hôte est capable d'influencer non seulement son immunité mais également la capacité du champignon à produire ses facteurs de virulence. L'objectif de ma thèse a été d'étudier l'impact de la nutrition azotée de la plante sur la phase précoce de l'infection, cruciale pour le devenir de l'interaction. Pour cela nous avons focalisé notre intérêt sur l'apoplasme, constituant la première zone d'échange entre la plante et le champignon. Pour commencer, nous avons réalisé la toute première description du protéome et du métabolome de l'apoplasme de feuilles d'A. thaliana lors de la phase initiale de l'infection par B. cinerea. Celle-ci a permis de mettre en évidence des protéines et métabolites déjà décrits dans ce pathosystème ainsi que de nouveaux acteurs comme l'allantoïne, AtXTH23, AtPRX62, AtRNS1, AT4G01700 et AtPNP-A côté plante et Bcin13g00960 côté champignon. La caractérisation fonctionnelle de ces candidats pourrait permettre de mieux comprendre cette interaction. Ensuite, notre étude du gène BcPNL1, codant une enzyme de B. cinerea appartenant à la famille des pectines lyases et exprimé très précocement lors de l'infection, a révélé son implication dans la pathogénicité. En effet, les oligogalacturonides (OGs) produits par BcPNL1 sont capables de réprimer les défenses de la plante pour faciliter l'infection. Enfin, nous avons observé que la nutrition en nitrate de la plante influence grandement l'expression des gènes de pectinases du champignon modulant ainsi la production d'OGs et l'induction des défenses. Parallèlement nous avons étudié le rôle de BcACP1, une protéase glutamique sécrétée précocement lors de l'infection et exprimée différentiellement par le champignon en fonction de la nutrition en nitrate de la plante. La comparaison de la pathogénicité d'une souche mutante du gène BcACP1 et à celle de la souche sauvage sur un panel d'accessions naturelles d'A. thaliana a permis de mettre en évidence une meilleure résistance des plantes au mutant à faible nitrate et une plus grande sensibilité à fort nitrate. Afin de mieux comprendre cette capacité à fonctionner comme un facteur de virulence ou d'avirulence, nous avons recherché des cibles protéiques de cette protéase dans le compartiment apoplasmique lors de la phase précoce de l'infection. Des cibles putatives de BcACP1 ont pu être identifiées dont des chitinases, des protéines de remodelage de la paroi et des régulateurs des défenses. Pour conclure, mes résultats de thèse ont pu mettre en évidence la perturbation par la nutrition azotée de la plante de processus importants mis en œuvre lors de la la phase initiale de l'interaction entre A. thaliana et B. cinerea.



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