La gale commune est une des principales maladies affectant la pomme de terre. Cette maladie est causée par Streptomyces scabiei (S. scabies ), une bactérie du sol qui produit de la thaxtomine A (TA), une toxine essentielle à l'apparition des symptômes de la gale commune. En effet, la TA empêche la synthèse ou l'intégration de la cellulose dans la paroi cellulaire des cellules végétales et entraîne la mort des cellules du périderme de la pomme de terre. Comme cette maladie ne peut être contrôlée par aucun pesticide présentement homologué, il est important de développer des stratégies de lutte alternatives. Notre laboratoire étudie le mode d'action et les effets de la TA sur les cellules végétales. Nous avons réussi à augmenter la résistance à la TA de suspensions cellulaires de peuplier en augmentant progressivement la concentration de la toxine qui était ajoutée à leur milieu. Ces cellules ont conservé leur plus forte tolérance à la TA, même après avoir été cultivées en l'absence de la toxine durant plusieurs années. C'est pourquoi nous avons voulu étudier la possibilité d'utiliser cette technique pour produire des plants de pomme de terre plus résistants à la TA et éventuellement à la gale commune. Nous avons donc produit des cals à partir de segments de tiges de différents cultivars de pomme de terre, déposés sur un milieu contenant des concentrations de plus en plus élevées de TA. Une fois les cals développés, nous avons régénéré des embryons somatiques pour obtenir des plantules potentiellement plus résistantes à la phytotoxine. Pour tester cette nouvelle résistance, nous avons produit des microtubercules à partir des plantules, afin de les mettre en présence de fortes concentrations de TA et d'observer l'intensité de la nécrose résultante. Les résultats démontre que quelques lignées habituées du cultivar Russet Burbank ont semblé être plus résistantes que le cultivar parent à la TA et probablement même à la gale commune, ce qui est très encourageant. Nos expériences démontrent qu'il est possible d'habituer des cellules indifférenciées de pomme de terre à la TA, pour ensuite régénérer des lignées de pomme de terre ayant une plus grande résistance à la TA que le cultivar parent. Il serait intéressant de poursuivre l'étude afin de tester les caractéristiques agronomiques des lignées obtenues, pour s'assurer qu'elles restent intéressantes pour l'industrie et de faire une étude protéomique pour mieux comprendre les processus impliqués dans la mise en place de la résistance à la TA.

L’agent phytopathogène Streptomyces scabiei est une bactérie du phylum actinobactérie présent dans les sols à travers le monde. S. scabiei est l’agent principal responsable de la gale commune de la pomme de terre. Cette maladie est coûteuse pour les producteurs de la pomme de terre. En effet, la pomme de terre va perdre sa valeur commerciale lorsque la bactérie attaque le périderme du tubercule et provoque des lésions liégeuses en surface ou plus ou moins en profondeur. C’est dans le périderme de la pomme de terre que la subérine va se déposer pour protéger le tubercule des agressions biotiques. Des études antérieures ont mis en évidence le rôle de la subérine comme inducteur de la production de thaxtomine A (phytotoxine essentielle à la virulence) chez S. scabiei. De même, la subérine va induire chez S. scabiei, la sécrétion d’enzymes dégradant les parois végétales, en particulier des glycosyl hydrolases, dont des cellulases. Cette thèse vise à élucider les mécanismes impliques dans la production de cellulases chez la souche S. scabiei EF-35. Dans un premier temps, le sécrétome de S. scabiei ayant poussé en présence de subérine et cellulose, soit avec un seul des deux polymères, a été analysé. Ces analyses du sécrétome ont révélé que l’addition de subérine dans un milieu contenant de la cellulose induisait une surproduction de glycosyl hydrolases. L’induction des enzymes cellulolytiques par la subérine, correlait avec la présence d’un inhibiteur de subtilase (SCAB_8801) qui pourrait jouer un rôle dans la différenciation cellulaire et le métabolisme secondaire. Ces résultats ont permis d’avancer un modèle dans lequel la subérine et le cellobiose jouent conjointement un rôle pour activer les mécanismes de virulence de la bactérie. Dans un deuxième temps, nous avons voulu savoir si le cellobiose (la molécule résultante de la dégradation de la cellulose) induisait des enzymes cellulolytiques chez S. scabiei, mais aussi chez deux autres espèces de Streptomyces pathogènes et une espèce de Streptomyces non pathogène. L’activité cellulolytique de S. scabiei en présence de subérine est beaucoup plus importante que lorsque la bactérie est en présence de cellobiose (de cinq à dix fois supérieure). De même, la présence de subérine dans le milieu de culture de S. scabiei augmente l’expression rélative des gènes des cellulases. Les deux autres Streptomyces pathogènes (S. acidiscabies et S. turgidiscabies) exhibent un profil contraire à S. scabiei. En effet, S. acidiscabies et S. turgidiscabies affichent une activité cellulolytique et une expréssion rélative des gènes de cellulases plus importante dans le milieu supplémenté de cellobiose que dans le milieu supplémenté de subérine. Streptomyces scabiei semble donc mieux adaptée que les autres espèces de Streptomyces à dégrader le matériel cellulosique encastré dans les parois subérisées du périderme. Les résultats présentés dans cette thèse visent à apporter des éléments de réponse pour mieux comprendre les interactions S. scabiei – pomme de terre. Ainsi, les biopolymères retrouvés dans la pomme de terre (subérine et cellulose) vont jouer un rôle crucial dans la virulence de l’agent phytopathogène. Cependant, il semblerait que S. scabiei s’est spécialisé au cours du temps à coloniser son hôte, la pomme de terre. La subérine induit la production de cellulases chez S. scabiei mais pas chez les autres deux Streptomyces pathogènes testés (S. acidiscabies et S. turgidiscabies). Ceci nous laisse penser que la subérine est impliquée dans des mécanismes qui restent encore à élucider.

La gale commune est l'une des maladies les plus répandues de la pomme de terre. Elle est caractérisée par des lésions superficielles ou profondes au niveau du tubercule. En effet, lors de la colonisation de la pomme de terre, le Streptomyces scabiei, principal agent pathogène de cette maladie, entre en contact avec la portion externe du tubercule, le périderme. Ce dernier est essentiellement composé de subérine, un polymère constitué d'acides gras estérifiés (portion aliphatique) et de composés phénoliques (portion aromatique). Or, plusieurs études antérieures ont révélé que la présence de la subérine dans le milieu de culture de l'agent phytopathogène S. scabiei induit la production d'enzymes ayant une activité estérasique. Le travail de cette thèse porte sur l'identification des enzymes hydrolytiques produites en présence de subérine. Pour identifier les enzymes pouvant être impliquées dans la dégradation de la subérine, deux approches ont été utilisées. La première consiste à identifier, dans le génome séquencé et annoté de S. scabiei souche 87-22, des gènes codant pour de possibles subérinases et à comparer l'expression de ces gènes dans différentes conditions expérimentales. La deuxième approche consiste à mener une étude protéomique des enzymes extracellulaires produites par le S. scabiei souche EF-35 en présence de subérine. Dans la première approche, nous avons identifié deux gènes (estA et sub1) codant pour des estérases de S. scabiei souche 87-22, de possibles subérinases. De plus, nous avons confirmé la présence de ces gènes dans le génome de S. scabiei souche EF-35. À l'aide de la technique de la PCR en temps réel, nous avons ensuite démontré que l'expression de ces deux gènes était fortement induite par la présence de subérine dans le milieu de culture, ce qui suggère une implication de ces gènes dans la dégradation de la subérine. Puis, nous avons testé la transcription de ces deux gènes en présence d'autres polymères végétaux. Les résultats obtenus montrent que tous les polymères testés induisent l'expression de estA, tandis que seules la subérine et la cutine (un polymère apparenté à la subérine) induisent l'expression de sub1. Ce dernier résultat suggère que sub1 (contrairement à estA) code pour une estérase ayant une spécificité envers la subérine et les polymères apparentés. Finalement, nous avons ensuite vérifié la présence d'orthologues des gènes estA et sub1 dans le génome de différentes espèces de Streptomyces par la technique de Southern blot. Il s'avère que des orthologues du gène estA se retrouvent dans le génome de plusieurs espèces de Streptomyces, alors que le gène sub1 n'a été retrouvé que dans celui de Streptomyces phytopathogènes. Cette observation suggère que le gène sub1 peut être un déterminant important lors de la colonisation du tubercule. Dans la deuxième approche, nous avons démontré que le S. scabiei souche EF-35 produisait une gamme d'enzymes extracellulaires, dont les principales catégories sont impliquées dans le métabolisme des lipides et le métabolisme et le transport des carbohydrates. Certaines enzymes identifiées peuvent jouer un rôle direct dans la dégradation de la subérine. De nombreuses xylanases, cellulases et glycosyl hydrolases sont produites en quantité importante en présence de la subérine et peuvent être impliquées dans l'hydrolyse des sucres liés à la subérine. Même si les processus liés à la dégradation enzymatique de la subérine demeurent en grande partie inconnus, ce travail de thèse établit une solide base pour étudier la dégradation de la subérine ainsi que pour déterminer le rôle des enzymes identifiées dans l'interaction entre le S. scabiei et sa plante hôte.

Streptomyces scabiei est l'agent causal de la gale commune de la pomme de terre. Les symptômes causés par cet agent pathogène sont surtout superficiels mais ils engendrent des pertes économiques très importantes pour l'industrie. Les stratégies pour lutter contre cette maladie sont surtout culturales puisqu'il n'existe pas de pesticide ciblé à S. scabiei. Le pouvoir pathogène de cette bactérie repose surtout sur la synthèse d'une phytotoxine, appelée thaxtomine A. Le tryptophane est l'un des deux précurseurs biosynthétiques de la thaxtomine A. Par contre, il a été démontré que l'ajout de tryptophane au milieu de culture de S. scabiei induit une forte diminution de synthèse de la phytotoxine. Ce type de répression de synthèse par les précurseurs semble être un phénomène unique, autant chez les procaryotes que chez les eucaryotes. Les bactéries du genre streptomycètes produisent aussi une foule d'autres composés, certains synthétisés aussi à partir de tryptophane. C'est le cas de l'auxine, une hormone de croissance végétale régulant divers phénomènes de croissance chez les plantes. Chez la majorité des bactéries du sol, la synthèse d'auxine est augmentée en présence de tryptophane, mais cela n'a pas été vérifié pour S. scabiei. L'objectif de notre travail a été d'évaluer l'influence du tryptophane sur l'expression des gènes de synthèse de thaxtomime A, sur la production ainsi que l'expression des gènes de synthèse de l'auxine et ensuite, sur le pouvoir pathogène de S. scabiei. Les résultats obtenus indiquent que le tryptophane réprime l'expression des gènes de synthèse de la thaxtomine A. Parallèlement, une forte augmentation de production d'auxine a été observée avec ajout exogène de tryptophane au milieu de culture, sans qu'il y ait modulation des gènes de synthèse de l'auxine. Le pouvoir pathogène de S. scabiei a été évalué en présence de tryptophane, avec un système in planta utilisant des plantules de radis, un hôte alternatif à S. scabiei. Les résultats obtenus ont permis d'affirmer que S. scabiei, en certaines conditions, pouvait agir comme promoteur de la croissance des végétaux. En effet, en présence de certaines concentrations de tryptophane, les plantes hôtes inoculées par S. scabiei avaient une meilleure croissance que des plantes non inoculées dans les mêmes conditions de tryptophane. Cette étude remet en question la classification de S. scabiei, considéré jusqu' ici comme un agent phytopathogène typique. Évidemment, cela ouvre la voie à des méthodes de luttes alternatives contre la gale commune. L'application de ces conditions aux champs est peu envisageable, à court terme, mais le développement de composés ayant un effet similaire à celui du tryptophane (au niveau de l'inhibition de synthèse de la thaxtomine A et de la promotion de synthèse de l'auxine) est une voie de recherche intéressante. De plus, une compréhension plus poussée du mécanisme d'inhibition de synthèse de la thaxtomine A par le tryptophane serait souhaitable.

This diploma thesis focused on screening for bacterial pathogens and antagonists suppressing common scab mainly caused by Streptomyces scabiei. Common scab affects some agricultural crops causing significant economical losses. Bacterial strains, mostly streptomycetes, were isolated from potato rhizosphere because they belong to most important producents of secondary metabolites and the causative agents of the disease are also members of this genus. The isolated bacteria were characterised by PCR amplification and sequencing of 16S rRNA gene to reveal their phylogenetic relationships. The ability of isolated strains to suppress growth of Streptomyces scabiei was tested by a simple co-cultivation experiment. The strains were tested by PCR for presence of specific genes for biosynthesis of thaxtomin A, a common virulence factor found in all described pathogens causing symptoms of this disease on the surface of affected tubers. Genes for synthesis of thaxtomin belong to pathogenicity island. Standard of phytotoxin thaxtomin A was used to optimize its analysis by mass spectroscopy for further in vivo and in vitro experiments. Phylogenetic analysis of strains harboring one of the genes necessary for thaxtomin A biosynthesis supported the hypothesis of sharing the pathogenicity island by horizontal gene...