Please read the abstract in the section 07back of this document / Dissertation (MSc (Plant Pathology))--University of Pretoria, 2006. / Microbiology and Plant Pathology / unrestricted

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

Ralstonia solanacearum, the causal agent of bacterial wilt disease, has been found to affect numerous economically important plants. Understanding the molecular basis of resistance, tolerance and susceptibility of plants to pathogens such as R. solanacearum is a major goal of molecular plant pathologists. Prior to this study it was thought that Arabidopsis accession Kil-0 shows gene-for-gene “resistance” to an African Eucalyptus isolate of R. solanacearum, BCCF402. However, a subsequent preliminary study indicated that Kil-0 may exhibit “tolerance” which is defined as the plant’s ability to support high pathogen numbers without displaying disease symptoms or a reduction in host fitness. The aim of this study was to determine if Kil-0 was tolerant to R. solanacearum BCCF402. The bacterial load of R. solanacearum was quantified in accessions Kil-0 and Be-0 using dilution plating and quantitative PCR methods. The cytC gene region was used to quantify R. solanacearum in Arabidopsis plants and the amount of bacterial DNA was normalized to “alien” DNA that was spiked into each sample. High bacterial concentrations of BCCF402 were found in Kil-0 but plants exhibited no wilting symptoms. Additionally, Kil-0 plants inoculated with BCCF402 showed no significant reduction in fitness compared to control Kil-0 plants. In contrast, high bacterial numbers and severe disease symptoms were observed in the susceptible Be-0 plants, whereas Nd1 plants contained a low number of bacteria and no disease symptoms indicative of a resistance response. These results illustrated that Kil-0 is tolerant to R. solanacearum isolate BCCF402. A tool for the visualization of R. solanacearum in Arabidopsis plants was designed. R. solanacearum isolate BCCF402 was tagged with two mCherry-containing plasmids under the constitutive expression of the tac promoter. The expression levels of mCherry were suitable for successful visualization in planta. BCCF402 cells transformed with the mCherry-containing plasmids were not affected in terms of virulence or disease progression compared to wildtype BCCF402 cells. A plasmid loss of 30-35% was observed in mCherry-tagged BCCF402 cells at later stages of Arabidopsis infection. mCherry-tagged BCCF402 was successfully visualized in Kil-0 leaves at early infection stages. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2014. / gm2014 / Plant Science / unrestricted

Unlike mammals, plants do not have specific immune cells. However, plants can still recognize pathogens and defend themselves. They do that by recognizing microbial-associated molecular patterns (MAMPs) and secreted pathogen proteins, called effectors. MAMP-triggered immunity (MTI) relies on recognition of MAMPs by leucine-rich repeats (LRRs) pattern-recognition receptors (PRRs). The best-studied LRR PRR is Flagellin-Sensitive 2 (Fls2), the receptor of a 22-amino acid long epitope of bacterial flagellin, called flg22. In this project, alleles of FLS2 of different tomato cultivars were sequenced and compared to each other to get insight into natural selection acting on FLS2 and to identify residues important for ligand binding. This information may be used in the future to engineer Fls2 for improved ability to recognize flagellin. MTI can be suppressed by effectors secreted by bacteria into plant cells through the type III secretion system. On the other hand, plants are equipped with repertoires of resistance proteins, which can recognize some pathogen effectors. If a pathogen carries an effector that is recognized, effector-triggered immunity (ETI) is activated and the plant is resistant. Here, eggplant breeding lines were screened for their ability to activate ETI upon recognition of effectors of the soil borne pathogen Ralstonia solanacearum, a causative agent of bacterial wilt. Four effectors were found to trigger plant defenses in some of the lines. This is the first step in cloning the genes coding for the responsible resistance proteins. These genes may be used in the future for engineering tomato and potato for resistance to bacterial wilt. / Master of Science in Life Sciences

Active disease resistance in plants is induced during the pathogen infection process that triggers multiple defense-related genes to establish broad-spectrum resistance. Several biotic and abiotic agents can mimic natural induced resistance (IR), categorized as systemic acquired (SAR) or induced systemic resistance (ISR). IR, triggered by acibenzolar-S-methyl (ASM) or plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), was evaluated on two-to-three types of tobacco in greenhouse and field studies. Tobacco mosaic virus (TMV) local lesion assays monitored induction and maintenance of ASM-induced SAR over a 21 day period via proportional reduction in the number of TMV local lesions between an untreated control and ASM-treated plants. Intraspecific variation in SAR was found among tobacco types; burley and flue-cured tobaccos responded by day 3, while oriental tobacco responded between day 3 and 6. The SAR signal was greatest between 6 and 15 days following ASM application, but IR was slightly evident even at 21 days after ASM application in all three tobacco types. Bottom and middle leaves responded similarly on all sample dates, but top leaves showed the weakest SAR response. Tobacco cyst nematode (TCN; Globodera tabacum solanacearum) is one of the most destructive pathogens of tobacco in Virginia. Among four PGPR combinations tested, a mixture of Bacillus amyloliquefaciens IN937a (GB99) and B. subtilis A13 (GB122) most consistently suppressed TCN reproduction in flue-cured and oriental tobacco. Application of ASM similarly reduced final numbers of TCN cysts, but also resulted in chlorosis, stunting, and lower plant fresh weight. GB99+GB122 also suppressed TCN development and reproduction in susceptible and resistant flue-cured cultivars, but reductions by ASM were less consistent. In a split-root trial, soil amendment with GB99+GB122 in one half of an oriental tobacco root system lowered final numbers of TCN more than did ASM. ASM exhibited undesirable effects in phytotoxicity trials in flue-cured and oriental tobacco, but GB99+GB122 was not phytotoxic. When oriental tobacco seedlings were grown in a GB99+GB122-treated soil-less media, a single application of 200 mg ASM/L one week after transplanting significantly suppressed TCN reproduction in the field without phytotoxicity. Further field research is needed to confirm this effect in flue-cured tobacco. / Ph. D.

Developing a flue-cured tobacco cultivar with high resistance to tobacco cyst nematode (TCN) is an important initiative in the Southern Piedmont of Virginia, where this pathogen causes severe yield losses. One hundred twenty eight lines representing a diverse geographic array of tobacco accessions, including cultivars from several types of tobacco, flue-cured-type tobacco introductions, and wild Nicotiana species were evaluated for TCN resistance under greenhouse conditions. Inheritance of TCN resistance has been reported to be closely linked or pleiotropic to inheritance of wildfire resistance. Consequently, accessions were also screened for wildfire resistance under greenhouse conditions to evaluate this relationship among a diverse group of tobacco accessions. Twenty-one accessions were identified with resistance to TCN. Response to the two pathogens was highly correlated. However, there was no relationship between resistance to the two pathogens for several accessions. 'KY 190', a fire-cured cultivar, possessed the N. longiflora source of wildfire resistance, but was found susceptible to TCN. This result seems to rule out pleiotropy and is consistent with the assertion that the two resistance genes are closely linked. six TCN resistant lines and two susceptible lines were selected and a diallel study was conducted to determine the inheritance of resistance to TCN. Additive gene action contributed significantly to inheritance of TCN resistance. Three accessions, 'Burley 64', 'Kutsaga 110', and 'Tl 1597', were determined to be the most promising parents for use in a breeding program designed to develop a flue-cured cultivar with a high level of TCN resistance. / Master of Science

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2017-06-20T16:50:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Dediel.pdf: 766607 bytes, checksum: 1d7fec62b5b0587e0accd22056511b85 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-06-21T18:58:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação Dediel.pdf: 766607 bytes, checksum: 1d7fec62b5b0587e0accd22056511b85 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T18:58:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação Dediel.pdf: 766607 bytes, checksum: 1d7fec62b5b0587e0accd22056511b85 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2012-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A busca por alternativas no controle de doenças em substituição ao uso intensivo de agrotóxicos tem sido objeto da pesquisa agrícola. Rizobactérias são conhecidas pelo biocontrole de doenças e promoção de crescimento em diversos cultivos. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a eficácia de seis rizobactérias, pré- selecionadas, no controle de Ralstonia solanacearum e Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), em casa de vegetação e relacionar este comportamento a produção de compostos “in vitro”, bem como avaliar a proteção de plantas de tomate contra doenças da parte aérea que ocorreram naturalmente em condições de campo. Foi avaliada a capacidade destas rizobactérias em produzir quitinases, amilases, lipases, compostos antibióticos e de solubilizar fosfato. A microbiolização das sementes com a rizobactéria DFs1420 (Bacillus sp.) reduziu a severidade da murcha bacteriana em 66% aos 14 dias após a inoculação, no primeiro ensaio e valores de AACPD em 70%, no segundo ensaio. Este controle pode ser associado à produção de compostos responsáveis pela antibiose observada “in vitro”. Streptomyces (DFs1296 e DFs1315) e Bacillus sp. (DFs1414) reduziram significativamente a murcha de fusário. O controle observado pode ser atribuído à atividade quitinolítica e/ou antibiótica por compostos voláteis. Foram instalados três ensaios de campo. A severidade das doenças foliares foi monitorada ao longo do tempo. As rizobactérias foram capazes de proteger as plantas contra Septoria lycopersici. DFs1414 e DFs1421 (Pseudomonas sp.) foram as mais estáveis, proporcionando proteção em dois ensaios consecutivos. As rizobactérias DFs1296 e DFs1420 foram capaz de controlar a requeima (Phytophthora infestans) em dois ensaios. A bactéria DFs1296 também apresentou capacidade de proteção contra estas e outras doenças quando pulverizada semanalmente na parte aérea. De modo geral, o controle alcançado por estas bactérias, microbiolizadas às sementes ou em aplicação foliar, não diferiu dos tratamentos utilizando produtos químicos recomendados para a cultura em aplicações semanais. / The search on alternative control of diseases to replace the use of pesticides has been the subject of agricultural research. Rhizobacteria are known by controlling diseases and promoting growth in several crops. The objectives of this work were to evaluate the efficacy of six rhizobacteria pre-selected for the control of Ralstonia solanacearum and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) in greenhouse, and to relate this behavior with the production of compounds "in vitro", as well as evaluate the protection of tomato plants against foliar diseases under field conditions. It was evaluated the ability of these rhizobacteria to produce chitinases, amylases, lipases, antibiotic compounds and to solubilize phosphate. The seed microbiolization with rhizobacterium DFs1420 (Bacillus sp.) reduced the severity of the bacterial wilt 66% at 14 days after inoculation and AUDPC 70%, respectively, the first and second assays. This control may be associated with the production of compounds responsible for the antibiosis observed "in vitro". Streptomyces (DFs1296 and DFs1315) and Bacillus sp. (DFs1414) significantly reduced fusarium wilt. The control observed can be attributed to the chitinolytic activity and/or antibiosis in the presence of volatile compounds. Three field trials were carried out in field. The foliar diseases severity was monitored over time. The rhizobacteria were capable of protecting plants against Septoria lycopersici. DFs1414 and DFs1421 (Pseudomonas sp.) were the most stable, providing protection in two consecutive trials. The rhizobacteria DFs1296 and DFs1420 were able to control late blight (Phytophthora infestans) in two trials. DFs1296 also had the ability to protect against these and other diseases when sprayed weekly in the plant canopy.In general, the control achieved by these rhizobacteria, by seed microbiolization or by foliar application, did not differ from treatments using recommended chemical in weekly applications.

Une connaissance approfondie de la résistance à R. solanacearum chez la tomate est nécessaire pour lutter efficacement contre le flétrissement bactérien. Les objectifs de ce travail sont d'identifier une source de résistance à la race 3, phylotype II (r3pII), de caractériser les bases génétiques de cette résistance et de les comparer à celles des souches de race 1. L. esculentum var. cerasiforme Hawaii 7996 a été identifié comme la meilleure source de résistance à une souche réunionnaise de r3pII parmi 82 génotypes de Lycopersicon sp. La cartographie des QTLs de résistance à la race 3 a été réalisée sur la descendance F3 issue de Hawaii 7996 x L. pimpinellifolium WVa700 (sensible), durant deux saisons, en étudiant différents critères (symptômes et colonisation bactérienne). Cette étude a montré la présence d'un QTL généraliste à effet majeur et de QTLs critère ou saison spécifiques. La cartographie des QTLs de résistance aux souches réunionnaises de r1pI et r3pII dans la descendance F8 et la comparaison avec d'autres études révèlent une spécificité phylotypiques des QTLs.

Le modèle étudié est l'agent phytopathogène vasculaire Ralstonia solanacearum, en portant une attention particulière aux souches de phylotype II. Cette bactérie d'origine tellurique est très diversifiée, tant au plan génétique que phénotypique. Sa classification en constante évolution témoigne d'une volonté de clarifier cette biodiversité inhabituellement forte, tout en cherchant à reconnaître les écotypes structurant ce complexe d'espèces, i.e., des groupes de souches partageant à la fois des traits génotypiques et biologiques spécifiques. Dans le cadre de ce pathosystème modèle, nous nous sommes attachés dans un premier temps à revisiter de façon précise les pathotypes au sein d'écotypes bien décrits dans la littérature, ou à en faire la description (phylotype III africain). Nous avons observé une forte convergence phénotypique entre les souches de phylotype III des hauts plateaux africains et les souches Brown rot de phylotype IIB-1, capables de flétrir la pomme de terre et d'autres Solanacées à température froide. L'adaptation de souches aussi diverses pour la tolérance au froid nous a conduits à dresser un bilan de la situation R. solanacearum en Europe et in extenso dans le bassin méditerranéen. Cette approche a permis d'apprécier les degrés de divergence significative dans le pouvoir pathogène (virulence et agressivité) sur Solanaceae au sein de souches quasi clonales unifiant l'écotype Brown rot, qui s'établissent aussi sous forme d'infections latentes dans les tissus vasculaires de bananiers (Musacées). Dans le même temps, le phénotype de souches pathogènes du bananier, unifiant l'écotype Moko, a aussi été revisité sur Solanaceae qu'elles parviennent à flétrir, y compris des ressources génétiques résistantes au flétrissement bactérien. L'ensemble de ces données expérimentales a permis de dégager les critères de sélection pour le choix de trois nouvelles souches du complexe d'espèces R. solanacearum, dont nous avons obtenu les séquences génomiques. Notre approche en génomique comparative a permis de décrire le premier pangénome chez cet agent pathogène : l'ensemble les gènes repérés de l'espèce. Ces données ont été exploitées par différentes approches bio-informatiques et permettent de concevoir une refonte pertinente du complexe d'espèces R. solanacearum en trois nouvelles espèces génomiques, regroupant les souches de phylotypes I (Asie) et III (Afrique) d'une part, puis les souches de phylotype II (Amérique), et enfin les souches de phylotype IV (Indonésie) d'autre part. Ce pangénome a ensuite été exploité en concevant et développant une puce à ADN, un outil permettant l'exploration à haut débit d'une grande quantité de souches. La densité des données expérimentales accumulées permet une démarche vers l'écologie moléculaire et de reconstituer certains pans du passé évolutif des souches de phylotype II chez R. solanacearum. Par ailleurs, l'analyse approfondie de ces données de génomique, associant phylogéographie et structuration des populations de l'écotype Brown rot, montre une double situation épidémiologique en Europe, recoupant des influences andines et africaines. De la même façon, l'écotype Moko présente trois structures génétiques distinctes. Ces données ont été analysées de manière à retracer les principaux flux de gènes dans les états ancestraux des phylotypes et de dégager la forte contribution de la partie mobile du génome, des gènes relatifs à l'adaptation environnementale et à la pathogénie, comme moteurs dans l'évolution de cet important organisme phytopathogène.

Ralstonia solanacearum est une bactérie vasculaire d'origine tellurique dévastatrice chez les Solanacées maraîchères. L'une des difficultés pour la sélection variétale réside dans le contournement de la résistance, en raison de la grande variabilité et plasticité génotypique du pathogène. Trente accessions de tomate, aubergine et piment (Core-TEP) testées vis-à-vis de 12 souches représentatives des phylotypes I, II et III de R. solanacearum (Core-Rs2) ont été classées de très sensibles à très résistantes. Des groupes de souches définis en fonction de leur virulence et agressivité ont été nommés pathoprofils, d'une part, lorsque établis sur les 3 espèces et pathotypes, d'autre part, lorsque établis sur chacune des trois espèces. Aucune résistance universelle n'a pu être mise en évidence chez aucune des trois espèces. Le déterminisme génétique de la résistance à R. solanacearum chez l'aubergine a été étudié sur une population de lignées recombinantes F6 ainsi que sur les générations issues du croisement intraspécifique S. melongena MM738 (S) x AG91-25 (R), testées vis-à-vis de quatre souches du phylotype I. Une carte génétique composée de 119 marqueurs AFLP, SSR et SRAP, positionnés sur 18 groupes de liaisons, pour une longueur totale de 884 cM, a été construite. Les analyses génétiques montrent que la résistance aux souches CMR134, PSS366, GMI1000 est contrôlée par un même gène majeur expliquant jusqu'à 87% de la variance phénotypique. Celui-ci n'est pas détecté vis-à-vis de la souche virulente PSS4 qui contourne cette résistance. Dans ce cas, seul un QTL à effet intermédiaire expliquant jusqu'à 38 % de la variance phénotypique est trouvé sur un autre groupe de liaison.