Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) est un ascomycète de la classe des Dothideomycètes faisant partie d’un complexe d’espèces présentant différents niveaux d’adaptation au colza. Lmb est responsable d’une des maladies les plus dommageables sur colza : la nécrose du collet. Lmb présente un cycle de vie complexe au cours duquel il alterne différents modes de vie, traduisant l’existence de mécanismes de régulation fine de l’expression des gènes lui permettant de s’adapter rapidement à de nouvelles conditions. Le séquençage de son génome a révélé une structure originale, avec l’alternance de deux types de régions : les isochores GC et les isochores AT. Alors que les isochores GC sont riches en gènes, les isochores AT sont pauvres en gènes et présentent des caractéristiques de l’hétérochromatine (régions génomiques riches en éléments transposables et présentant un faible taux de recombinaison). Bien que pauvres en gènes, les isochores AT représentent une « niche écologique » pour les gènes codant des effecteurs puisque 20 % des gènes des isochores AT codent des effecteurs putatifs contre seulement 4 % des gènes localisés en isochores GC. Les gènes codant des effecteurs situés en isochores AT présentent un comportement transcriptionnel différent de ceux localisés en isochores GC : une faible expression pendant la croissance mycélienne et une forte induction d’expression pendant l’infection primaire du colza. Sur la base de ces observations, l’objectif de ma thèse était de caractériser le déterminisme de la co-expression des effecteurs situés dans les isochores AT et en particulier d’évaluer si la régulation de l’expression de ces gènes se fait par un contrôle épigénétique lié à leur localisation particulière et/ou par l’intervention de régulateurs communs. Afin de déterminer le rôle de la structure des isochores AT, l’analyse fonctionnelle de protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine (i.e. HP1, DIM-5 et DMM-1) a été réalisée et leur implication dans la régulation de l’ensemble des gènes prédits dans le génome de L. maculans a été évaluée. Cette étude a permis de démontrer l’implication de la structure hétérochromatinienne des isochores AT dans la répression de l’expression pendant la croissance mycélienne des gènes situés dans cet environnement génomique, en particulier les gènes codant des effecteurs. Parmi les gènes sous contrôle épigénétique, nous avons pu observer qu’en plus des gènes localisés en isochores AT, des zones en isochores GC étaient aussi affectées et pouvaient constituer des « hot-spots » de contrôle épigénétique. Afin d’identifier des régulateurs candidats pouvant être impliqués dans le contrôle de l’expression des effecteurs pendant l’infection, le répertoire des gènes codant des facteurs de transcription (FTs) chez Lmb a été établi et l’analyse de la conservation de ce répertoire parmi les autres espèces du complexe d’espèces Leptosphaeria a permis d’identifier les FTs spécifiques, ou spécifiquement sur-exprimés pendant l’infection du colza, chez Lmb. Des candidats ont été sélectionnés pour réaliser leur analyse fonctionnelle : des gènes codant des FTs sur-exprimés pendant l’infection (9 FTs) ainsi que les orthologues de FTs qui avaient été décrits chez d’autres espèces comme régulateurs majeurs de la pathogénie (StuA, Sge1 et Fox1). L’analyse fonctionnelle de FTs candidats a permis d’établir que StuA, comme chez d’autres champignons phytopathogènes, joue un rôle important dans la mise en place de l’infection et l’expression des effecteurs chez L. maculans. Le « silencing » d’un FT de type AT-Hook, famille de FTs se fixant préférentiellement au niveau de séquences riches en AT, a un fort effet sur la pathogénie du champignon et entraîne une diminution d’expression de 2 effecteurs. Cette thèse a permis d’apporter de nouveaux éléments concernant la régulation des gènes codant des effecteurs chez un champignon phytopathogène impliquant, pour la première fois, un mécanisme épigénétique. / Leptosphaeria maculans is an ascomycete belonging to the Dothideomycete class and is part of a species complex showing different level of adaptation toward oilseed rape. Within this species complex, Lmb is responsible for the most damaging disease of this crop: “stem canker”. Lmb presents a complex life cycle during which it alternates between different life styles and nutritional strategies underlying the involvement of precise regulatory networks for gene expression to rapidly adapt to new conditions. The sequencing of the Lmb genome has revealed an unusual structure, alternating two types of regions, GC- and AT-isochores. While GC-isochores are gene-rich, AT-isochores are gene-poor and have several characteristics of heterochromatin (they are rich in transposable elements and present a lower rate of recombination compared to GC-isochores). Although gene-poor, AT-isochores are “ecological niches” for effector genes as 20% of the genes in these regions encode for putative effectors against only 4% of the genes in GC-isochores. Effector-encoding genes located in AT-isochores present a different transcriptional behavior compared to those located in GC-isochores: a very low expression in axenic culture and a drastic increase in expression during primary leaf infection. On these bases, the aim of my thesis was to characterize the determinism of the concerted effector gene expression. Are AT-isochores targets of reversible epigenetic modifications that affect the regulation of effector genes? and/or are one or several common regulators involved in the control of the concerted expression of effector genes? To assess the role of the structure of AT-isochores, functional analysis of three key players involved in chromatin remodeling (i.e. HP1, DIM-5 and DMM-1) was performed and their role in global gene expression was assessed. This study validated that heterochromatic structure of AT-isochores represses expression of genes located in such a genomic environment, notably effector genes. Among genes under an epigenetic control, we also identified genes located in GC-isochores that were similarly influenced and may represent “hot spots” for epigenetic control. To identify putative regulators of effector gene expression, we established the complete repertoire of transcription factors (TFs) of Lmb and by analyzing the conservation of this repertoire among species of the Leptosphaeria species complex, we identified TFs specific of Lmb, or specifically induced during infection. Functional analysis of 12 TFs was set up: nine TF-encoding genes induced during infection and three orthologs of TFs described as required for pathogenesis in other phytopathogenic fungi (StuA, Sge1, Fox1). This functional analysis showed that StuA, as in other phytopathogenic fungi, plays a major role in infection and expression of effector genes in Lmb. The silencing of an AT-Hook type TF, family of TFs that specifically interact with AT-rich sequences, was associated with a reduction of the expression of two effector genes during infection and with pathogenicity defects. This study brought new insights into the regulation of effector genes in a phytopathogenic fungus involving, for the first time, an epigenetic mechanism.

L. pneumophila est l'agent responsable de la légionellose, une pneumonie sévère associée à 10% de mortalité. Cette bactérie intracellulaire a acquis la capacité de survivre et de se répliquer dans des cellules humaines. Notamment, L. pneumophila sécrète un grand nombre d'effecteurs par son système de sécrétion de type IV, qui interagissent avec différentes voies cellulaires, dont l'autophagie. L'autophagie est une voie de dégradation conservée qui permet aux cellules eucaryotes de réguler l'homéostasie cellulaire et d'éliminer les agents pathogènes intracellulaires. Néanmoins, nombre d'entre eux ont évolué pour manipuler cette voie à leur propre avantage. Même si l'interaction entre L. pneumophila et l'autophagie a été rapportée, aucun modèle clair n'est déterminé. Dans cette étude, nous montrons qu'une infection à L. pneumophila induit une stimulation globale de l'autophagie, mais que ce phénotype dépend des souches utilisées, et notamment de la présence de certains effecteurs. De plus, l'inhibition de l'autophagie est liée à un défaut de réplication intracellulaire suggérant que cette voie est bénéfique à la bactérie. Afin de rechercher les déterminants génétiques impliqués dans cette interaction, nous avons identifié des effecteurs communs sécrétés par le système de sécrétion de type IV entre L. pneumophila et Coxiella burnetii, une bactérie de l'ordre des Legionellales connue pour stimuler et détourner l'autophagie. La capacité des mutants de ces effecteurs à stimuler l'autophagie chez L. pneumophila a été analysée. Si aucun d'entre eux ne semble impliqué dans la modulation de l'autophagie, cette étude suggère d'autres fonctions pour ces effecteurs conservés / Legionella pneumophila is responsible for the legionellosis disease, a severe pneumonia associated with 10% mortality rate. This intracellular bacterium has evolved the ability to survive and replicate within human cells. Notably, L. pneumophila secretes a high number of type IV secretion system effectors that interfere with many cellular pathways including autophagy. Autophagy, a highly conserved degradative pathway, allows eukaryotic cells to regulate cell homeostasis and fight intracellular pathogens. Nevertheless numerous microorganisms have evolved strategies to subvert this mechanism to their own advantage. The interaction between L. pneumophila and autophagy has been reported but remains unclear. In this study, we show that L. pneumophila infection induces a global stimulation of autophagy, but importantly this autophagy stimulation depends on the bacterial strain. Moreover, we also observed that inhibition of autophagy results in decreased intracellular bacterial proliferation suggesting that host cell autophagy is benificial for L. pneumophila. In order to decipher the molecular determinants involved in the interaction with autophagy, we identified common effectors secreted by the type IV secretion system between L. pneumophila and Coxiella burnetii, a bacterium from the order Legionellale responsible for Q fever and known to stimulate and hijack host cell autophagy. Mutant of these common effectors in L. pneumophila were analysed. While, none of them seems to be implicated in autophagy modulation, this study suggests other functions for these conserved effectors

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Salmonella est un pathogène intracellulaire qui établit une niche de réplication (SCV) grâce à l’activité des toxines que la bactérie injecte dans le cytosol des cellules infectées. La Kinésine-1, une protéine moteur des microtubules, est la cible de certaines de ces toxines. Ce travail démontre le rôle critique de la kinésine-1 pour la formation de tubules membranaires induits par Salmonella et qui émanent des SCVs. Des travaux antérieurs avaient montré que la toxine PipB2 lie la kinésine-1 à la SCV. Nos résultats écartent une interaction potentielle de PipB2 avec d’autres protéines moteur et renforcent l’idée d’une activité spécifique du couple PipB2/kinésine-1. Grâce à l’utilisation de systèmes in vitro, nous avons montré que: 1) l’activité du complexe PipB2/Kinésine-1 est suffisante pour permettre la formation de tubules membranaires à partir de vésicules artificielles; 2) PipB2 lie et active le moteur moléculaire qui s’engage alors sur les microtubules. Il a été suggéré que la protéine de l’hôte SKIP activait la kinésine-1 en se liant à la toxine SifA. Ce travail met en lumière un mécanisme plus précis grâce à un partenariat entre PipB2 et SifA. / Salmonella is an intracellular pathogen that establishes a replication niche (SCV) through the activity of toxins that the bacterium injects into the cytosol of infected cells. Kinesin-1, a microtubule motor protein, is the target of some of these toxins. This work demonstrates the critical role of kinesin-1 in the formation of Salmonella-induced membrane tubules emanating from the SCVs. Previous work has shown that PipB2 toxin binds kinesin-1 to the SCVs. Our results rule out a potential interaction of PipB2 with other motor proteins and reinforce the idea of a specific activity of the PipB2/kinesin-1 pair. Through the use of in vitro systems, we have shown that: 1) the activity of the PipB2/Kinesin-1 complex is sufficient to pull membrane tubules from artificial vesicles; 2) PipB2 binds and activates the molecular motor which then engages on the microtubules. It has been suggested that the host protein SKIP activates kinesin-1 by binding to the SifA toxin. This work highlights a more precise mechanism thanks to a partnership between PipB2 and SifA.

Les effecteurs TAL (« Transcription Activator-Like ») sont des protéines présentes majoritairement chez les bactéries phytopathogènes du genre Xanthomonas. Ces protéines bactériennes sont dirigées vers le noyau des cellules de la plante hôte où elles induisent l’expression de gènes. L’induction de gènes de « susceptibilité » de la plante est responsable de la maladie. Les effecteurs TAL sont capables de se lier à l’ADN grâce à un motif particulier consistant en une série de répétitions quasi-identiques s’enroulant autour de l’ADN et formant une super-hélice. Au sein des répétitions deux acides aminés localisés à l’intérieur de chaque boucle de la super-hélice interagissent directement et spécifiquement avec les nucléotides. Des combinaisons différentes de ces deux acides aminés se lient spécifiquement à certains nucléotides, selon un code unique.Une conséquence de cette interaction étroite est que les plantes et les bactéries co-évoluent selon une course aux armements où le génome de la plante se diversifie pour éviter d’être la cible des effecteurs TAL, tandis que les gènes tal se diversifient pour s’adapter à de nouvelles cibles. Les aspects évolutifs des effecteurs TAL sont encore largement inconnus, notamment comment la spécificité évolue vers de nouvelles cibles végétales. Cette thèse présente les premiers travaux sur la compréhension des mécanismes évolutifs des gènes tal, principalement abordés par la bioinformatique. Nous avons développé la suite de programmes « QueTAL » qui permet d’une part la construction d’arbres phylogénétiques basés soit sur la séquence des répétitions, soit sur la séquence des sites cibles, d’autre part la recherche de motifs de répétitions pouvant constituer les unités évolutives des effecteurs TAL. Cette suite bioinformatique est publique, en ligne, et activement utilisée par la communauté des scientifiques travaillant sur les effecteurs TAL des Xanthomonas.Ces programmes ont été appliqués (ainsi que d’autres approches) à plus de 900 séquences d’effecteurs TAL de 22 groupes bactériens. Nous avons mis en évidence i) une perte de diversité dans les répétitions chez les Xanthomonas, qui aurait des conséquence sur l’évolution de la structure des effecteurs TAL; ii) l’existence de groupes fonctionnels de gènes tal spécifiques à certains pathovars ; iii) un probable mécanisme évolutif reposant sur la recombinaison (principalement par conversion génique), révélé par le gain ou la perte de répétitions en blocs entiers. Notre hypothèse est que le moteur de la spécialisation des effecteurs TAL est la recombinaison de ces blocs entre gènes conduisant à une diversification fonctionnelle rapide vers de nouvelles cibles végétales.Nous avons ensuite analysé plus en détail la diversité des séquences TAL de souches africaines de Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), agent de la bactériose vasculaire, maladie bactérienne la plus importante du riz. Nous avons montré qu’un gène tal résultant d’une conversion génique pouvait être fonctionnel, indiquant que ce mécanisme peut être un moteur évolutif chez les effecteurs TAL. Les données de transcriptomique et de gain de fonction ont permis de mettre en évidence un effecteurs TAL dont la virulence s’exerce par l’activation de deux gènes de susceptibilité, dont l’un n’avait jamais été décrit chez Xoo. Enfin nous présentons des résultats préliminaires sur les effets d’une déconstruction de TALome sur le transcriptome de riz ainsi que des travaux fonctionnels et évolutifs issus de collaborations sur d’autres Xanthomonas.Cette thèse offre un nouveau cadre conceptuel ainsi que de nouveaux outils pour l’analyse fonctionnelle et évolutive des effecteurs TAL qui devraient améliorer la mise au point de stratégies pour la résistance des plantes aux Xanthomonas. / Transcription activator-like (TAL) effectors are proteins found mainly in the genus of Xanthomonas phytopathogenic bacteria. These proteins enter the nucleus of cells in the host plant and can induce the expression of genes. The induction of “susceptibility” S genes in the plant will result in disease. TAL effectors are able to bind DNA thanks to a unique motif consisting of a series of nearly-identical repeats that wrap around the DNA forming a super-helix, in each repeat two amino-acids found in a loop on the inner side of the helix directly interact with nucleotides. Different combination of amino-acids in this loop bind specific nucleotides following a unique code.A consequence of this tight interaction is that plants and bacteria co-evolve following an arms race where the plant genome diversifies to avoid being targeted by the TAL effectors, while tal effector genes diversify to adapt to new targets.Various aspects of TAL effector evolution are still unknown, specially how does specificity arise towards certain targets in the host plant? As first steps towards answering this question, in these thesis we show the results of using primarily bioinformatic strategies to find evolutionary patterns in TAL effector sequences. We designed the suite “QueTAL” containing software for 1) the construction of phylogenetic trees based on repeat sequences, 2) comparison of predicted binding sites for TAL effectors, 3) identification of repeat motifs in TAL effector pairs. This suite was made publicly available and it is being actively used by the Xanthomonas research community.We used these programs along with other strategies to analyze variation in over 900 TAL effector sequences from 22 taxonomic groups finding 1) a loss of diversity of repeats through the Xanthomonas genus, which may impact the evolution of TAL effector architecture, 2) groups of TAL effector orthologs specific to certain taxonomic groups of pathovars that may share common functions, 3) evidence of repeat motifs shared and lost between TAL effectors hinting at extensive recombination (particularly gene conversion) events. We propose that the swapping of repeat blocks between TAL effectors is a motor for TAL effector specialization that allows for fast functional diversification through the acquisition of new targets in the host plants.We then analyzed in detail the diversity of TAL effector sequences in African strains of Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), causing agent of bacterial leaf blight of rice, the most destructive bacterial disease in rice. We found indications of virulence activity of a TAL effector being the product of a gene conversion event, supporting our hypothesis of gene conversion as a motor of TAL effector evolution. We also used transcriptomic data and systematic gain-of-function assays to uncover a TAL effector that exerts a virulence role through the induction of two susceptibility genes, one of which represents a novel class of susceptibility gene in bacterial blight. Finally, we present partial results of transcriptomic analyses aimed at de-constructing the effects of each TAL effector from one strain on the rice transcriptome, as well as results from collaborative functional and evolutionary analyses in other groups of Xanthomonas.Altogether, this thesis offers a new conceptual framework and new tools for the analysis of TAL effector function and evolution, and we hope this will help in the design of strategies aimed at improving resistance to bacteria in agronomically important plants.

Les microtubules jouent un rôle central dans l'organisation et la vie cellulaire. L'assemblage des microtubules présente des comportements non linéaires et mal compris comme l'instabilité dynamique. Nous avons voulu déterminer les paramètres limitant la réaction d'assemblage des microtubules, puis isoler des effecteurs de cette réaction. Des études cinétiques ont été réalisées dans des conditions expérimentales simples où tous les paramètres de la réaction ont été mesurés. D'après nos résultats, la nucléation des microtubules se produirait en deux étapes : formation rapide et irréversible d'oligomères de tubuline puis assemblage de ces oligomères en microtubules. La vitesse d'élongation des microtubules est indépendante de la concentration en tubuline-GTP : cette vitesse d'élongation est sans doute limitée par les propriétés structurales des microtubules. Enfin, le désassemblage des microtubules se produirait par catastrophes et serait stimulé par des oligomères de tubuline se formant au cours de la réaction. Dans une seconde partie, nous avons produit des oligomères de tubuline stimulant la nucléation des microtubules par pontage covalent modéré des microtubules. Ces oligomères sont constitués par assemblage latéral de 10 dimères de tubuline et s'agrègent par quatre pour former un microtubule. Les microtubules formés dans nos conditions en présence d'oligomères de nucléation ne désassemblent pas spontanément : ces conditions permettront de rechercher des facteurs de catastrophe. Enfin, nous avons développé une procédure chromatographique pour isoler des protéines liant la tubuline. Les partenaires de la tubuline sont isolés à l'état natif et se prêtent à des tests fonctionnels. L'utilisation des techniques de cartographie peptidique a permis d'identifier les protéines par spectrométrie de masse. Nous avons ainsi isolé des protéines connues pour contrôler la dynamique des microtubules, mais d'autres, inconnues restent à étudier.

Les effecteurs jouent un rôle fondamental lors des interactions antagonistes plantes-pathogènes en supprimant les défenses de la plante, permettant ainsi aux parasites de se développer. De tels effecteurs ont été caractérisés chez les insectes herbivores mais leur rôle dans la spécialisation à la plante reste méconnu. Les pucerons se nourrissent de la sève du phloème et injectent dans la plante des effecteurs salivaires. L'étude des patrons d’évolution des effecteurs, ainsi que la caractérisation de leurs fonctions sont nécessaires à la compréhension des mécanismes de spécialisation chez les pucerons. Au cours de ces travaux, nous avons cherché à identifier les effecteurs salivaires impliqués dans l'adaptation du puceron du pois, Acyrthosiphon pisum, à ses hôtes.Des approches évolutives, basées sur un nouveau catalogue de 740 effecteurs candidats surexprimés dans les glandes salivaires de A. pisum, ont révélé que certains d'entre eux évoluent rapidement et que l'expansion de familles multigéniques apparaît comme une source importante de diversité des effecteurs. En parallèle, ces travaux ont permis d'optimiser l'expression transitoire médiée par Agrobacterium dans le pois. Ce nouvel outil d'analyse fonctionnelle permet maintenant l'étude des effecteurs candidats afin d'identifier les effecteurs du puceron du pois impliqués dans l'adaptation à la plante hôte. / Effectors play fundamental roles in antagonistic plant-pathogen interactions mainly by suppressing plant defense and allow parasites to multiply on the plant. Some effectors have been characterized in herbivorous insects; however, their role to the evolution in plant specialization remains unknown. Aphids feed from phloem sap and inject salivary effectors into the host plant. Studying evolutionary patterns and characterizing functions of effectors appear as important steps toward unveiling the mechanisms of host plant specialization in aphids. This work sought to identify salivary effectors that are involved in plant specialization of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum. Evolutionary approaches based on a new catalogue of 740 putative effectors that are up-regulated in salivary glands of A. pisum revealed that some of them evolve rapidly.Moreover, gene family expansion appear as an important source of novel effectors. In parallel, this work optimized Agrobacterium-mediated transient gene expression in pea to provide a new tool for functional analyses of pea aphid effectors. The construction of a comprehensive catalogue of A. pisum salivary effectors and evolutionary analysis of them provide new candidates in host plant adaptation. By using the gene expression tool now available in pea, functional characterization of candidates will help to identify the effectors that are involved in plant specialization of the pea aphid.

La méthylation et déméthylation de l'ADN jouent un rôle majeur dans la stabilité des génomes, l'empreinte génomique, la paramutation et le développement. En revanche, le rôle de cette régulation épigénétique a été peu étudiée dans les interactions hôtes-pathogènes. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord montré que la méthylation de l'ADN régule négativement la résistance d'Arabidopsis thaliana à une souche de Pseudomonas syringae pathogène. Nous avons également identifié un grand nombre de gènes de l'immunité ciblés directement par la méthylation de l'ADN dirigée par petits ARN dans leurs régions promotrices. Nous proposons que cette régulation génique permettrait de maintenir une faible expression basale de ces gènes et d'éviter ainsi des effets délétères qui seraient causés par une expression constitutive de la réponse immunitaire. De plus, nous montrons que la déméthylase active REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) facilite l'activation transcriptionnelle de gènes de l'immunité en laissant potentiellement des éléments de régulation en cis accessibles à des facteurs de transcription. Nous avons également démontré que ce facteur contribue à la résistance à P. syringae chez Arabidopsis, caractérisant ainsi la première déméthylase eucaryote dans la résistance antibactérienne. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la méthylation de l'ADN maintient une faible expression basale de gènes de l'immunité en absence de pathogène, tandis que la déméthylation active assure une induction rapide de ces gènes au cours de la réponse immunitaire en favorisant potentiellement le recrutement de facteurs de transcription sur la chromatine. / DNA methylation and demethylation are regulatory processes involved in genome stability, genomic imprinting, paramutation and development. Until recently, very little was known about the role of these epigenetic processes in plant disease resistance and in the transcriptional control of immune-responsive genes. Here we provide evidence that DNA methylation negatively regulates antibacterial resistance against a virulent Pseudomonas syringae strain in Arabidopsis. Accordingly, we have identified a subset of defense genes that are targeted and repressed by RNA-directed DNA methylation (RdDM), presumably to prevent trade-off effects that would be caused by their constitutive expression and/or sustained induction. In addition, we found that the active DNA demethylase facilitates the transcriptional activation of some of these defense genes by pruning DNA methylation at their promoter regions and leaving cis-elements accessible for transcription factor binding. In addition, we show that the active demethylase REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) positively regulates late immune responses including Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP)-triggered callose deposition and salicylic acid (SA)-dependent defense response. We also demonstrate that ROS1 restricts Pto DC3000 propagation in Arabidopsis leaf secondary veins, providing the first example for a role of an active DNA demethylase in antibacterial resistance. Based on these findings we propose that DNA methylation maintains a low basal expression of some immune-responsive genes in normal growth condition, while active DNA demethylation ensures a rapid and pervasive induction of these genes upon bacterial pathogen detection.

Nous présentons l’étude de l’interaction entre la bactérie pathogène racinaire Ralstonia solanacearum et la légumineuse modèle Medicago truncatula. Un pathosystème avec les lignées A17 et F83005.5, respectivement sensible et résistante à la souche GMI1000, a été mis en place avec une procédure d’inoculation sur racines intactes. Ce dispositif expérimental nous a permis de suivre le processus infectieux, de la pénétration de la bactérie par l’extrémité racinaire au développement des symptômes foliaires. L’analyse des étapes précoces de l’interaction a permis de décrire l’apparition de symptômes racinaires qui se mettent en place rapidement après l’infection, que les lignées soient résistantes ou sensibles à la bactérie. Un arrêt de croissance de la racine s'observe dès 24 heures post-inoculation, ainsi qu’une mortalité de l’épiderme de l’extrémité racinaire. Ces phénotypes sont notés suite à des inoculations avec de faibles concentrations bactériennes, et ce sur plusieurs espèces hôtes ou non-hôtes testées. La mise en place des symptômes racinaires est dépendante de l’appareil de sécrétion de type III. Un crible de mutants d’effecteurs de type III de la souche GMI1000, basé sur l’apparition des symptômes racinaires, a permis de montrer que des pools différents d’effecteurs interviennent chez A17 et F83005.5. Chez la lignée sensible A17, deux effecteurs sont principalement impliqués, Gala7 et AvrA. L’étude de la colonisation de cette lignée a montré que le mutant gala7 ne pénètre pas la plante et n’induit pas de symptômes de flétrissement. Le mutant avrA s’est révélé capable d’induire la maladie chez la lignée A17 mais de manière nettement réduite par rapport à la souche sauvage. L’analyse des extrémités racinaires des lignées sensible et résistante infectées par la souche GMI1000 a révélé qu’au niveau des parois de l’endoderme, la présence de lignine est induite de manière plus précoce chez la lignée résistante. Des phénomènes de division cellulaire ont été identifiés autour du cylindre central et semblent également liés à une restriction de la propagation bactérienne. Au niveau du contenu cellulaire, une autofluorescence et une production de ROS semblent liés à une phase nécrotrophe de la bactérie lors de sa propagation dans la zone corticale de l’extrémité racinaire. L’étude de la colonisation bactérienne en s’affranchissant de l’étape de pénétration a révélé que des mécanismes de résistances peuvent intervenir au niveau de collet chez la lignée F83005.5 et lors de la colonisation racinaire des vaisseaux conducteurs suite à une inoculation avec le mutant gala7 / Manquant

Leptosphaeria maculans est un champignon pathogène, responsable de l’une des principales maladies du colza (Brassica napus), la nécrose du collet. Le cycle de vie infectieux de L. maculans est particulièrement complexe. Après l’infection primaire des feuilles et des cotylédons, le champignon développe une longue phase de vie endophytique dans la tige. Cette phase de vie, qui est entièrement asymptomatique, dure plusieurs mois, avant que la nécrose ne se développe à la base de la tige, préjudiciable à l'élaboration du rendement. Durant cette phase, le colza peut présenter une « résistance adulte » limitant l'apparition et la gravité des symptômes. Alors que les gènes fongiques exprimés au cours de l’infection primaire du colza sont largement étudiés, très peu de connaissances étaient disponibles concernant la phase de colonisation systémique. Pour expliquer la capacité du champignon à coloniser la tige sans induire de symptômes, nous avons donc émis l’hypothèse que L. maculans exprimait à ce stade des effecteurs, c'est-à-dire des petites protéines sécrétées, interférant avec le système de défense de la plante. L’objectif de ma thèse était d'identifier de tels effecteurs et de les caractériser afin de mieux comprendre la colonisation systémique du colza par le champignon. Un des enjeux sous-jacents de cette thèse était aussi d'identifier de nouvelles résistances permettant la reconnaissance spécifique de ces effecteurs, qui pourraient expliquer, au moins en partie, la résistance adulte observée dans certaines variétés.Par une approche transcriptomique, j'ai pu identifier 307 effecteurs candidats "tardifs", spécifiquement exprimés lors de la colonisation de la tige et 107 effecteurs "précoces", spécifiquement exprimés lors de la colonisation des cotylédons. J’ai confirmé que les gènes codant des effecteurs précoces de L. maculans sont spécifiquement localisés dans les régions pauvres en gènes et riches en éléments répétés du génome fongique. A l'inverse les gènes codant des effecteurs candidats tardifs sont absents de ces régions et sont localisés dans les régions riches en gènes du génome. Les effecteurs de L. maculans ont donc une localisation génomique distincte en fonction de leur profil d'expression.Une analyse approfondie de cinq de ces effecteurs tardifs a permis de montrer leur conservation dans les populations naturelles de L. maculans et leur implication dans la suppression de la mort cellulaire végétale. Ces résultats associés à l'analyse de leur profil d'expression dans des échantillons de tige issus du champ au cours d'une saison culturale ont permis de proposer le modèle suivant: L. maculans coloniserait la tige de colza en sécrétant des effecteurs supprimant la mort cellulaire et donc interférant avec les défenses de la plante. A la fin de la saison culturale, la diminution de l'expression de ces effecteurs permettrait au champignon de passer d'un stade de vie biotrophe à un stade de vie nécrotrophe et d’induire la nécrose au collet. Cette transition entre les deux modes de vie serait donc basée sur un équilibre entre effecteurs supprimant la mort cellulaire et effecteurs induisant la mort cellulaire.Dans le but d'identifier de nouvelles sources de résistance spécifiques et/ou faciliter l’identification de résistances quantitatives dans le matériel végétal, j'ai créé des souches fongiques sur-exprimant précocement des effecteurs tardifs. Avec ces souches transformées j'ai évalué par test cotylédonnaire une grande collection de génotypes de colza pour identifier de potentielles relations de type gène-pour-gène. Une variété présentant une réponse hypersensible à un effecteur tardif a ainsi pu être identifiée, le contrôle monogénique de cette réponse a été validé et sa cartographie génétique effectuée dans deux descendances. Cette approche permet donc effectivement d'identifier de nouvelles sources de résistances pour lutter efficacement contre la nécrose du collet. / Leptosphaeria maculans is a pathogenic fungus, responsible for one of the main diseases of oilseed rape (Brassica napus), the stem canker disease. The infectious life cycle of L. maculans is especially complex. After the primary infection of leaves and cotyledons, the fungus develops a long endophytic stage in the stem. This infection stage, which is entirely asymptomatic, lasts several months before necrosis develops at the stem base, responsible of yield loss. At this stage, the oilseed rape may exhibit "adult resistance" limiting the onset and severity of symptoms. While the fungal genes expressed during the primary infection are extensively studied, very little knowledge was available concerning the systemic colonization. To explain the ability of the fungus to colonize the stem without inducing symptom, we have therefore hypothesized that L. maculans expressed effectors, i.e. small secreted proteins, interfering with the plant defense system.The objective of my thesis was to identify such effectors and to characterize them to better understand the systemic colonization of oilseed rape by L. maculans. One of the underlying challenges of this thesis was also to identify new resistances allowing the specific recognition of these effectors expressed during stem colonization, and which may explain, at least in part, the adult resistance observed in some varieties.Using a transcriptomic approach, I was able to identify 307 "late" effector candidates specifically expressed during stem colonization and 107 "early" effector candidates specifically expressed during cotyledon colonization. I confirmed that the genes encoding early effectors of L. maculans are specifically localized in gene-poor regions and rich in repeated elements of the fungal genome. Conversely, late candidate effectors are absent from these regions and are located in regions rich in genes of the genome. L. maculans effectors have thus a distinct genomic localization based on their expression profile.A detailed analysis of five of these late effectors showed their conservation in the natural populations of L. maculans and their involvement in the suppression of plant cell death. These results, associated with the analysis of their expression profile in stem samples from the fields during a growing season, allowed us to propose the following model: L. maculans would colonize systemically the oilseed rape stem by secreting effectors suppressing cell death and thus interfering with plant defenses. At the end of the growing season, the decreased expression of these effectors would allow the fungus to switch from a biotrophic to a necrotrophic lifestyle and to induce stem canker. This transition between the two ways of life would therefore be based on a balance between effectors suppressing and effectors inducing cell death.In order to identify new specific sources of resistance and / or to facilitate the identification of quantitative resistances in plant material, I created fungal strains over-expressing late effectors during cotyledon colonization. With these transformed strains I evaluated by cotyledonary test a large collection of oilseed rape genotypes to identify potential gene-for-gene. A variety with a hypersensitive response to a late effector was thus identified, the monogenic control of this response was validated and its genetic mapping carried out in two progenies. This approach therefore effectively enables the identification of new sources of resistance for effective control of L. maculans.