Développement de nouvelles résistances aux nématodes à galles : caractérisation des cibles d'effecteurs du parasitisme chez la tomate

Development of new resistance to root-knot nematodes : characterization of parasitism effector targets in tomatoes

• Auteur / Autrice : Salomé Soulé
• Direction : Bruno Favery, Michaël Quentin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Sophia Agrobiotech (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Harald Keller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Harald Keller, Elodie Gaulin, Isabelle Fudal, Fabienne Vailleau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elodie Gaulin, Isabelle Fudal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relations hôte-parasite

Nématodes

Biologie végétale

Cytologie

Biologie moléculaire

Mots clés libres

Biologie moléculaire

Interaction hôte-parasite

Biologie cellulaire

Biologie végétale

Nématode

Molecular biology

Host-Parasite interaction

Cell biology

Plant biology

Nematode

Résumé

Les nématodes parasites de plantes du genre Meloidogyne, couramment appelés nématodes à galles, constituent une menace significative pour l'agriculture à l'échelle mondiale. Ces parasites obligatoires des plantes ont élaboré des mécanismes parasitaires complexes et uniques. En injectant des protéines appelées "effecteurs" dans la plante hôte, ils déclenchent une reprogrammation cellulaire, entraînant la transformation de cellules racinaires en cellules nourricières hypertrophiées et multinucléées appelées "cellules géantes". Les mécanismes sous-jacents à la formation de ces structures néoformées restent cependant largement méconnus. Ce travail explore le rôle de deux protéines sécrétées par le nématode à galles Meloidogyne incognita, à savoir l'effecteur 12 (MiEFF12) et l'effecteur 17 (MiEFF17). Grâce à une stratégie de double hybride en levures, leurs cibles végétales respectives ont été identifiées. Leurs rôles dans l'interaction plante-nématode et la formation de cellules géantes ont été caractérisés.Des expériences d'hybridation in situ ont montré que MiEFF12 est exprimé dans les glandes salivaires sous ventrales du nématode. La fusion de MiEFF12 avec la GFP a révélé son accumulation au niveau du réticulum endoplasmique (RE) des cellules végétales. Ses cibles végétales, les « PLANT BAP-LIKE PROTEINs » (PBL), ont été identifiées chez la tomate, Arabidopsis et Nicotiana benthamiana. Ces PBL jouent un rôle crucial dans la régulation de l'homéostasie du réticulum endoplasmique. Le séquençage des ARNm de racines d'Arabidopsis surexprimant MiEFF12 et de plantes sauvages a montré que cet effecteur peut moduler les défenses de la plante. Chez Nicotiana benthamiana, les plantes affectées dans l'expression des PBL présentent une résistance accrue aux nématodes à galles. Ces résultats montrent que MiEFF12 manipulerait la protéine PBL afin de modifier la réponse immunitaire de N. benthamiana. Parallèlement, l'expression de l'effecteur MiEFF17 dans les glandes salivaires des nématodes à galles a été confirmée par hybridation in situ. L'approche de double hybride en levures a permis d'identifier ses cibles, les protéines KINESIN LIGHT CHAIN RELATED (KLCR), chez la tomate et Arabidopsis. L'analyse fonctionnelle de cette interaction effecteur-cible a démontré que la manipulation des KLCR par MiEFF17 joue un rôle dans le succès parasitaire de M. incognita chez la Tomate.Cette recherche souligne l'importance de l'étude du dialogue moléculaire entre les parasites et les plantes, en particulier de la caractérisation des protéines ciblées par ces pathogènes. De telles connaissances contribueront au développement de nouvelles stratégies de résistance contre ces ravageurs dommageables pour les cultures.

Plant-parasitic nematodes of the Meloidogyne genus, commonly known as root-knot nematodes, represent a significant global threat to agriculture. These obligatory plant parasites have evolved intricate and unique parasitic mechanisms. By injecting proteins known as "effectors" into the host plant, they trigger cellular reprogramming, resulting in the transformation of root cells into hypertrophied, multinucleate feeding cells termed "giant cells." However, the mechanisms underlying the formation of these newly developed structures remain largely elusive. This work delves into the investigation of two secreted proteins from the root-knot nematode M. incognita, namely EFFECTOR 12 (MiEFF12) and EFFECTOR 17 (MiEFF17). Using a yeast two-hybrid strategy, their respective plant protein targets were identified. Their roles in the plant-nematode interaction and formation of giant cells were investigated.In situ hybridization experiments showed that MiEFF12 is expressed in the salivary glands of the RKN juveniles, suggesting that it is secreted in planta. Fusion of MiEFF12 with GFP revealed its localization to the endoplasmic reticulum (ER) of plant cells. Among its plant targets, the PLANT BAP-LIKE PROTEINs (PBLs) proteins were identified in tomato. These PBLs are crucial in regulating ER homeostasis. RNA sequencing of roots of Arabidopsis plants overexpressing MiEFF12, compared to wild-type plants, showed that this effector can modulate defense and ER stress functions. In N. benthamiana, plants affected in PBL expression showed increased resistance to root-knot nematodes. These results showed that the EFF12 effectors manipulate PBL functions to enable nematode parasitism in N. benthamiana. In addition, the expression of the MiEFF17 effector in salivary glands was demonstrated. Yeast two-hybrid assays ere used to identify its host targets, the Kinesin Light Chain Related proteins (KLCRs) in tomato and Arabidopsis. Functional analysis showed that manipulation of KLCR by MiEFF17 is pivotal for the parasitic success of M. incognita.This research highlights the importance of studying the molecular dialogue between parasites and plants, in particular characterizing the proteins targeted by these pests. Such knowledge will contribute to the development of novel resistance strategies against these crop-damaging nematodes.