Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) est l’agent causal de la bactériose vasculaire du riz (BLB), une maladie dévastatrice dans de nombreux pays rizicoles. Chez cette bactérie, les effecteurs de type TAL (Transcription Activator-Like) jouent un rôle majeur dans le pouvoir pathogène. En effet ces effecteurs qui sont secrétés à l’intérieur des cellules eucaryotes hôtes par le système de sécrétion de type III de Xanthomonas agissent comme de véritables facteurs de transcription capables de manipuler le transcriptome de l’hôte via l’induction de gènes spécifiques. L’interaction entre les TALs et le promoteur hôte ciblé est régi selon un code, tel que la région centrale des répétitions des TALs s’associe spécifiquement à sa séquence cible à raison d’une répétition pour un nucléotide. Un TAL peut agir comme une protéine de virulence via l’induction de gènes dits de sensibilité (S) dont l’activation est nécessaire au développement de la maladie, et comme protéine d’avirulence via l’induction d’un gène dit exécuteur (E), dont l’activation promeut les réponses de défense de la plante. L’objectif de cette thèse était d’identifier et de caractériser de nouvelles sources de résistance dépendants des effecteurs de type TAL pour contrôler la BLB. Chez le riz, les gènes de sensibilité à Xoo les mieux caractérisés sont ceux du clade III de la famille SWEET des transporteurs de sucres. L’un d’entre eux, OsSWEET14, est particulièrement important puisqu’il est ciblé par 4 effecteurs TALs différents et issus de souches de Xoo appartenant à des lignées génétiques distinctes et d’origines géographiques différentes. Partant du constat de la convergence pour l’induction de ce gène S majeur, un crible moléculaire du promoteur de OsSWEET14 a été réalisé dans le but d’identifier du polymorphisme pouvant affecter la liaison TAL-ADN et en conséquence entrainer une perte de sensibilité. Ces travaux ont permis l’identification du gène xa41(t) qui confère une forme de résistance récessive et à large spectre contre Xoo. Dans une seconde partie, le criblage phénotypique d’une centaine de variétés de riz résistantes à la souche africaine de Xoo MAI1 a permis d’identifier cinq TALs agissant comme des protéines d’avirulence. C’est le cas des effecteurs Tal2 et Tal9 qui provoquent spécifiquement une réaction de résistance sur la variété de riz IR64 dont le génome a été séquencé. Des analyses de type RNAseq ont été réalisées et ont permis d’identifier une dizaine de gènes exécuteurs E candidats expliquant potentiellement la résistance de IR64 à la souche de Xoo MAI1. Finalement, une troisième stratégie a été menée dans le cadre d’un projet collaboratif, visant à démontrer que PiCO39 conférant la résistance du riz au champignon pathogène Magnaporthe oryzae pouvait aussi contrôler les bactérioses vasculaire et à stries foliaires. Pour ce faire, des TAL artificiels (dTALE) ont été dessinés pour induire spécifiquement l’expression de la construction de M. oryzae AVR1-CO39 dans des riz transgéniques résistant (PiCO39) et sensible (pico39). Nos données montrent que l’induction de AVR1-CO39 par Xoo ou Xoc conduit de manière PiCO39-dépendante à une réduction spectaculaire des symptômes. Ceci démontre que les réactions de défense induites par un gène de résistance à M. oryzae sont également fonctionnelles contre X. oryzae, ouvrant de nouvelles perspectives originales quant aux stratégies de contrôle des bactérioses dues à Xanthomonas. / Bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the most destructive bacterial disease of rice. Xoo pathogenicity critically depends on the TAL (Transcription Activator-Like) effectors. TALs are type three effectors secreted through a type three secretion system into the eukaryotic cell where they act as transcription factors able to manipulate the host transcriptome via the induction of specific genes. DNA-binding specificity involves a unique central repeated region in the TAL effector whereby each repeat directly binds to one single nucleotide. TALs can act as major virulence effector thtough the induction of so-called susceptibility (S) genes that are essential for disease development, or act as avirulence effector by inducing so-called executor (E) resistance genes that promote host defense responses. The goal of this PhD project was to identify and characterize novel TAL-dependent resistance sources to control BLB. In rice, the best characterized S genes are those of the clade III of the sugar transporters SWEET family. The most important is OsSWEET14 as this gene is targeted at unrelated DNA boxes by four TAL effectors, which belong to strains of different lineages and geographic origins. The evolutionary convergence for the induction of SWEET14 reflects its crucial role as major determinant of rice susceptibility to Xoo. A molecular screening of the OsSWEET14 promoter was performed using the natural diversity of wild African rice in order to identify polymorphism that could affect the TAL/DNA binding and thus lead to loss of susceptibility. This work allowed the identification of xa41(t) that confers broad spectrum recessive resistance to Xoo. In a second part of my PhD project, a phenotypic screen for resistance against the Xoo African strain MAI1 of a hundred of rice accessions enabled to identify five TALs. Among them, Tal2 and Tal9 were shown to trigger resistance on the rice variety IR64 the genome of which is fully sequenced. RNAseq analysis identified a small set of resistance E gene candidates underlying potentially IR64 resistance against Xoo strain MAI1. Finally, as a third strategy we aimed within a collaborative project to investigate if PiCO39 that confers resistance of rice towards Magnaporthe oryzae could also control BLB and BLS (Bacterial leaf streak). To that end, Artificial TAL effectors (dTALe) were designed to induce specifically the M. oryzae AVR1-CO39 construct in resistant (PiCO39) and susceptible (piCO39) transgenic backgrounds. We show that the induction of AVR1-CO39 by Xoo or Xoc drastically impairs bacterial colonization in a PiCO39-dependent manner, highlighting the potential of exploiting rice blast or other resistance genes as novel strategies to control rice pathogenic Xanthomonas bacteria.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Biosciences végétales : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'é215-232.

La pomme, fruit le plus cultivé sur le sol français, est principalement menacée par le pathogène Venturia inaequalis, responsable de la maladie de la tavelure qui génère des pertes considérables si elle n'est pas traitée. La politique actuelle de gestions des risques phytopathologiques en France incite à une forte réduction des traitements phytosanitaires tout en maximisant le rendement et la qualité des productions. Dans ce contexte, il apparaît indispensable de mieux comprendre les interactions entre l'arbre, son pathogène, et leur environnement, qui s'articulent pour le cas de la tavelure du pommier autour de la durée d'humectation des feuilles. Au cours de ce travail nous nous sommes intéressés à ce paramètre pour essayer de mieux comprendre les interactions entre microclimat de l'arbre et durée d'humectation. L'étude s'est déroulée en trois étapes majeures : la modélisation de l'évaporation d'une goutte sur un support végétal, l'étude expérimentale de la mouillabilité des feuilles de pommier, et l'étude expérimentale de la variabilité spatiale de la durée d'humectation sous un couvert de pommiers. Ce travail a permis d'expliciter la forte variabilité intra-couronne de la durée d'humectation via la prise en compte de la structure de l'arbre et de la dynamique horaire du microclimat. Le modèle développé, au delà des liens déjà connus entre l'intensité du flux évaporatif et les variables climatiques, a montré la sensibilité importante du temps d'évaporation à la mouillabilité du support via la forme de la goutte d'eau, mettant en avant la nécessité de quantifier au mieux cette interaction goutte support via l'estimation des angles de contact statiques et dynamiques.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

La pomme, fruit le plus cultivé sur le sol français, est principalement menacée par le pathogène Venturia inaequalis, responsable de la maladie de la tavelure qui génère des pertes considérables si elle n'est pas traitée. La politique actuelle de gestions des risques phytopathologiques en France incite à une forte réduction des traitements phytosanitaires tout en maximisant le rendement et la qualité des productions. Dans ce contexte, il apparaît indispensable de mieux comprendre les interactions entre l'arbre, son pathogène, et leur environnement, qui s'articulent pour le cas de la tavelure du pommier autour de la durée d'humectation des feuilles. Au cours de ce travail nous nous sommes intéressés à ce paramètre pour essayer de mieux comprendre les interactions entre microclimat de l'arbre et durée d'humectation. L'étude s'est déroulée en trois étapes majeures : la modélisation de l'évaporation d'une goutte sur un support végétal, l'étude expérimentale de la mouillabilité des feuilles de pommier, et l'étude expérimentale de la variabilité spatiale de la durée d'humectation sous un couvert de pommiers. Ce travail a permis d’expliciter la forte variabilité intra-couronne de la durée d'humectation via la prise en compte de la structure de l’arbre et de la dynamique horaire du microclimat. Le modèle développé, au delà des liens déjà connus entre l’intensité du flux évaporatif et les variables climatiques, a montré la sensibilité importante du temps d’évaporation à la mouillabilité du support via la forme de la goutte d’eau, mettant en avant la nécessité de quantifier au mieux cette interaction goutte support via l’estimation des angles de contact statiques et dynamiques. / Apples, which are the most cultivated fruit in France, are mainly endangered by the fungal pathogen Venturia inaequalis that cause apple scab disease on apple. This disease can be responsible of major products loss unless orchards are treated against apple scab. Nowadays in France, the phytopathological diseases management policies are encouraging growers to reduce considerably the use of pesticides, while keeping a high quality and yield level. In this context, one must understand better how the plant, the pathogen and their environment, interact with each other: for apple scab, the most important environmental parameter is leaf wetness duration. During this work, we studied leaf wetness duration to understand the interactions that occur between the tree microclimate and the wetness duration. To do that we divided our work in three major steps : the modeling of evaporation of a droplet at rest on a leaf, the experimental study of apple leaves wettability, and the experimental study of wetness duration spatial variability within an apple trees orchard. This study led us to clarify the strong intra-crown variability of leaf wetness duration through the consideration of tree structure and hourly dynamics of microclimate. The model we developed, beyond the known links between the evaporative flux intensity and the climatic parameters, showed a strong sensibility of the evaporation duration to the substrate wettability, highlighting the necessity to quantify at best this interaction, through the estimation of static and dynamic contact angles.

La perception de l’environnement extérieur est importante pour des interactions efficaces entre plantes et champignons. Chez les champignons filamenteux, l’information associée au pH extracellulaire est transmise via une voie de signalisation conservée et impliquant sept protéines. Parmi ces protéines, la protéine transmembranaire PalH est un récepteur présumé initier la réponse aux pH neutre ou alcalin. Le facteur de transcription PacC, présent sous forme inactive dans le cytoplasme de la cellule fongique, est clivé en réponse à l’activation de la voie, et migre dans le noyau où il active la transcription des « gènes alcalins » et réprime la transcription des « gènes acides ». Chez Magnaporthe grisea, un Ascomycète responsable de la principale maladie du riz, le rôle de cette voie dans la physiologie du champignon est encore inconnu. Les deux homologues des gènes PACC et PALH ont été identifiés. Dans le but d’analyser le rôle des deux protéines PacC et PalH chez M. grisea, la délétion de ces gènes a été réalisée. Plusieurs phénotypes ont été analysés chez les deux souches mutantes, notamment la croissance, la sporulation et le pouvoir infectieux. Ceci a permis d’étudier le rôle de la signalisation liée au pH extracellulaire dans le cycle de développement de M. grisea. De plus, une analyse du profil des gènes exprimés chez le mutant ΔpacC a été initiée. Les résultats obtenus indiquent que cette voie est importante pour l’adaptation du champignon à un environnement alcalin et qu’elle joue un rôle dans la pathogénicité du champignon / Perception of external environment is important for successful infection of plants by fungi. In these organisms, the information about extracellular pH is provided to the cell by a conserved signalling pathway that involves seven proteins. Among these proteins, the transmembrane protein PalH is the putative receptor which would initiate the pH response. The transcription factor PacC, existing in an inactive form in the fungus cell cytoplasm, is activated through proteolysis in response to the pathway activation, and migrates into the nucleus where it activates the « alkaline » genes transcription and represses that of the « acidic » genes. In Magnaporthe grisea , an ascomycete responsible for the main rice disease, the role of this pathway is still unknown. In this work, the PACC and PALH genes have been identified. In order to analyse the role of the two corresponding proteins PacC et PalH, the deletion of these two genes has then been performed. Several phenotypes were studied in the two mutant strains, including growth rate, conidiation and ability to infect host plants. This enabled the investigation of the involvement of the pH signalling pathway in the M. grisea development cycle. Furthermore, a gene expression profiling analysis of the ΔpacC mutant has been undertaken and revealed the multiple cellular responses to pH changes. Taken all together, the results collected in this work indicate that the pH signalling pathway is important for M. grisea's adaptation to an alkaline environment and that it plays a significant role in the fungus pathogenicity

La sécurité alimentaire est basée sur des systèmes de cultures durables. Les agents phytopathogènes présentent un risque sérieux pour la stabilité de l'agriculture mondiale. Dans ce contexte, la biosurveillance des agents phytopathogènes s'avère indispensable afin de connaitre et de comprendre la répartition, les routes et les facteurs de dispersion des populations phytopathogènes, et de prendre les mesures adaptées pour limiter leur propagation. Le genre bactérien Xanthomonas comprend un ensemble d'espèces phytopathogènes-spécifiques s'attaquant a une large gamme d'espèces végétales dont certaines sont importantes pour la production agricole. Les deux espèces d'étude, i.e les pathovars de Xanthomonas oryzae (Xo) et Xanthomonas axonopodis pathovar manihotis (Xam), pathogènes respectivement du riz et du manioc, font partie du « top 10 » des bactéries phytopathogènes d'importance majeure dans le monde. Des travaux portant sur l''épidémiosurveillance de ces bactéries phytopathogenes doivent pouvoir être mis en place en routine. L'objectif est de typer et de relier ces souches bactériennes à différentes échelles géographiques, ainsi que de détecter et caractériser les épidémies de manière précoce. Pour ce faire, plusieurs approches de typage moléculaire à haut niveau de résolution ont été explorées. Des marqueurs moléculaires basés sur les loci VNTR (Variable Number of Tandem repeats) ont été étudiés. Chez X. oryzae, un outil MLVA-25 (Multilocus VNTR Analysis) pour le pathovar Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc) et un outil MLVA-16 pour les trois lignées génétiques de X. oryzae ont été développés. L'étude par le MLVA-16 de populations de X. oryzae a permis de caractériser des complexes clonaux généralement associés à de nouvelles épidémies. La description de nouvelles souches de Xoc en Afrique Centrale et Afrique de l'Est indique une provenance vraisemblablement d'origine asiatique. Chez Xam, la recherche de loci VNTR polymorphiques sur 65 génomes de Xam complets a abouti à la description de seize loci VNTR robustes donc cinq ont été ensuite utilisés pour l'étude de populations de Xam dans les plaines de l'est Colombien. Cette dernière étude met en avant une structuration des populations de Xam selon les régions. Enfin, une méthode de spoligotypage associée aux locus CRISPR-Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) et des marqueurs minisatellites ont été développés chez les souches du pathovar Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Les analyses préliminaires ont permis de définir la composition de la cassette CRISPR et de proposer des outils de spoligotypage utiles pour les souches asiatiques de Xoo. D'autre part, 18 marqueurs minisatellites ont indiqué une corrélation significative avec les races des souches et peuvent servir à l'étude plus large de populations Xoo philippines ou asiatiques. En conclusion, des nouvelles approches de typage moléculaire ont été évaluées, mises au point et employées avec succès pour étudier les bactéries pathogènes du riz et du manioc appartenant au genre Xanthomonas. / Food and agriculture safety rely on durable cropping systems. Consequently, phytopathogens pose a serious risk for durable agriculture in the world. In this context, surveillance of phytopathogens is a mandatory prerequisite in order to understand and to predict pathogen repartition, dispersion routes and factors, and to trigger appropriate measures to reduce the pathogen's propagation. The genus Xanthomonas displays a large diversity of host-specific plant-pathogenic species that infect a wide range of plant species, including commercially grown crops. The two studied species, i.e. the rice-pathogenic Xanthomonas oryzae and the cassava-pathogenic Xanthomonas axonopodis pathovar manihotis (Xam), belong to the top-10 of phytopathogenic bacteria and are thus of major interest. Routine epidemiological surveillance of these bacteria has to be achieved in order to type and link strains at different geographic scales as well as to characterize outbreaks and epidemics. For this purpose, several high-resolution molecular typing approaches were explored. Firstly, VNTR (Variable Number of Tandem repeats)-based molecular markers were studied. For X. oryzae, multilocus VNTR analyses (MLVA) were developed: MLVA-25 for the pathovar oryzicola (Xoc) and MLVA- 16 for the three known lineages of X. oryzae. A large population study of X. oryzae by MLVA-16 allowed us to characterize genetic clonal complexes, which were likely associated with new epidemics. Also, the novel description of Xoc strains from central and east Africa indicated their probable Asian provenance. For Xam, the exploration of polymorphic VNTR loci in 65 available genome sequences allowed the description of sixteen robust VNTR loci. Among them, five highly polymorphic loci were further used in a population study of Xam in the eastern plain of Colombia. The results provided evidence of a geographical Xam population structuration. Secondly, CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-associated spoligotyping and minisatellites markers were explored for a largely divergent set of Philippine strains of Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Both approaches were compared to genome-wide SNPs and races. Preliminary studies identified the composition of CRISPR arrays, which could be useful for a spoligotyping approach. On the other hand, 18 minisatellites markers revealed a significant correlation with races and could be used for a larger study of Philippine or Asian Xoo populations. In conclusion, novel molecular typing approaches were successfully evaluated, implemented and used to study rice- and cassava-pathogenic bacteria of the genus Xanthomonas.

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

La production de millions de semis voués à la reforestation est affectée par les problèmes de pourritures racinaires. Afin de développer des agents de biocontrôle adaptés aux pépinières, nous criblons les populations de Pseudomonas spp. des rhizosphères d’épinettes provenant de pépinières et de milieu naturel, pour détecter des gènes de production d’antibiotiques. Nous avons isolé plusieurs souches portant des gènes de production de phloroglucinol, de pyrrolnitrine, de cyanure d’hydrogène et de phénazines. L’analyse de ces gènes montre que pour les producteurs de phloroglucinol, un génotype est dominant dans les pépinières, alors qu’un génotype différent est dominant chez les souches provenant de milieu naturel. Ces dernières possèdent également les gènes de synthèse de la pyrrolnitrine et leur capacité d’inhiber Cylindrocladium floridanum in vitro est supérieur. De plus, en se basant sur la séquence du gène phzC, nous avons isolé trois groupes de producteurs de phénazines, dont deux provenant de milieu naturel et un de pépinière. L’analyse du gène de la portion 16s de l’ARN ribosomal confirme que ces trois groupes appartiennent à différente espèces. / Fluorescent Pseudomonas spp. that produce antibiotics such as 2,4-diacetylphloroglucinol and phenazines show biocontrol activity against many important soil borne fungal pathogens. We isolated several strains of Pseudomonas carrying genes for DAPG and PCA synthesis from the rhizosphere of black spruce (Picea mariana) and white spruce (Picea glauca) in two different conifer nurseries and in one natural stand. Sequence analysis of a portion of the phlD gene revealed that one dominant genotype was present in both nurseries and that a different genotype was dominant in the natural forest. Strains from the natural forestwere also found to have the genes for pyrrolnitrin synthesis but lack pyoluteorin biosynthesis genes. Furthermore, in vitro anitfungal assays against Cylindrocladium floridanum showed a much stronger inhibition by strains isolated from natural forest than from nursery. Analysis of phenazine genes revealed 3 groups of phenazines-producers; one from a nursery and two from natural stand.

Nous avons exploré la diversité génétique du complexe d'espèces Ralstonia solanacearum (ceRs) pour caractériser et comprendre les graves épidémies de flétrissement bactérien qui sévissent à Madagascar. Une large collection de souches (n=1224; 75 sites) est constituée. Les souches sont assignées aux phylotypes I, III, et la grande majorité associée à l'épidémie appartiennent au groupe IIB-1 (‘Brown rot’ des anglo-saxons) signalé pour la première fois à Madagascar. L'approche MLVA (RS2-MLVA9) a révélé leur apparenté aux souches IIB-1 distribuées mondialement, suggérant ainsi une introduction malheureuse à Madagascar. Trois populations clonales se propagent par des tubercules infectées. Le génotypage des souches du phylotype III, avec le schéma hautement résolutif RS3-MLVA16 que nous avons développé, a révélé une forte diversité génétique structurée géographiquement en onze populations clonales bien différenciées. Cette structure reflète un caractère endémique des populations suggérant l'absence de transmission par tubercules. Les souches malgaches sont différentes de celles d'Afrique continentale. Les souches IIB-1 et III présentent deux modèles épidémiologiques différents. Les variétés de pomme de terre cultivées à Madagascar n'ont montré aucune résistance génétique vis-à-vis du panel de souches malgaches. Cependant, dans nos conditions expérimentales les accessions 720118 et 800934 sont résistantes aux souches I-31 non détectées pour l'instant à Madagascar, mais prévalentes dans l'océan Indien. Nous disposons ainsi d'un outil robuste pouvant être appliqué à l'étude du phylotype III, d'une vue globale de la structure des populations et d'épidémiologie du ceRs. / This thesis is exploring genetic diversity, population structure and molecular epidemiology of the Ralstonia solanacearum species complex (Rssc) causing potato bacterial wilt outbreaks in Madagascar. We characterized a large collection of strains (n=1224; 75 sites) collected from potato production areas. Surprisingly, the large outbreaks were associated with IIB-1 strains (Brown rot) while a few were associated with phylotypes I and III. This is the first report of phylotype IIB-1 in Madagascar. The IIB-1 strains were genotyped based on MLVA (RS2-MLVA9). And Malagasy phylotype IIB-1 clustered with worldwide distributed strains. Fine scale genetic investigation suggested three clonal populations that were introduced and spread through latently infected tuber-seeds. Phylotype III strains were genotyped with the highly discriminatory RS3-MLVA16 scheme we developed. Genetic population analyses revealed a high genetic diversity within phylotype III strains that geographically structured into 11 clonal populations. This support the endemic character of the phylotype III population in Madagascar and suggests no transmission with potato tubers. Malagasy strains were distinct from continental African strains. A clear-cut epidemiological profile is shown between IIB-1 and III strains. Genetically, no bacterial wilt resistance properties were shown for the most popular Malagasy potato cultivars, except two cultivars: 720118 and 800934 that showed strong resistance to phylotype I-31 strain that are predominantly distributed in the Indian Ocean. This study offered tool to genotype phylotype III strains and gives an insights into population structure and epidemiology of the Rssc.