Thesis (Ph. D.)--University of Hawaii at Manoa, 1995. / Includes bibliographical references (leaves 95-107). / Microfiche. / x, 107 leaves, bound ill. (some col.) 29 cm

La bactériose vasculaire du riz (BLB) et à stries foliaires (BLS) causées respectivement par Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) et X. oryzae pv. oryzicola (Xoc) sont deux maladies émergentes en Afrique de l'Ouest, suite à l'expansion de la culture du riz et à l'introduction de variétés à haut rendement au cours de ces dernières décennies. Trois nouvelles races de Xoo ont été caractérisées en Afrique dont on a montré, sur la base d'une analyse génétique, leur spécificité africaine. En revanche, une étude réalisée sur une dizaine de souches de Xoc isolées au Mali en 2003, démontre qu'elles sont apparentées à des souches de Xoc asiatiques. En Asie, plusieurs gènes de résistance à Xoo ont été identifiés et déployés dans les programmes de lutte contre BLB. Cependant aucun gène de résistance à Xoc n'a été encore identifié chez le riz. Les objectifs de notre étude étaient (i): d'implémenter les collections de souches de Xoo et Xoc Africaines disponibles mais incomplètes, à l'aide de nouvelles campagnes d'échantillonage réalisées de 2009 à 2012 dans différentes zones agroécologiques du Burkina Faso et du Mali, (ii) de déterminer la diversité génétique de ces souches, (iii) d'identifier et caractériser de nouvelles sources de résistance contre BLB et BLS au sein d'accessions de riz cultivées au Burkina Faso. Nos résultats ont montré que les souches africaines de Xoc sont hautement variables tant d'un point de vue génétique que du pouvoir pathogène. L'analyse par PCR de deux effecteurs de types III conservés (xopAJ et xopW) permet de différencier les souches de Xoc en deux groupes, xopAJ étant absent dans la majorité des souches et une insertion de 1050 bp étant détectée dans la séquence codante de xopW de certaines souches. Néanmoins, il apparait que la forte diversité génétique des Xoc n'est pas corrélée à leur origine géographique, ni à la période de collecte, ou à la nature de l'hôte. Les souches de Xoo caractérisées appartiennent toutes à la race A1 qui n'avait pas encore été signalée au Mali. Au regard de la diversité des souches et de leur évolution, il est important d'envisager un plan de surveillance épidémiologique à plus large échelle des populations de Xo dans les régions concernées en Afrique de l'Ouest. Enfin, nous avons montré que certaines variétés de riz cultivées au Burkina Faso présentent un phénotype de résistance spécifique des souches africaines de Xoo et ce, à tous les stades de développement de la plante. Ces données originales contrastent par rapport au phénotype des lignées de riz résistantes de référence (Xa4, xa5 et Xa7 efficaces uniquement au stade de tallage maximum). Eu égard à l'absence de gènes de résistance dans le riz efficaces contre Xoc, ces variétés qui constituent également une source de résistance efficaces contre la diversité des souches de Xoc africaines, offrent potentiellement un nouveau moyen pour assurer le contrôle du BLS au Burkina Faso et éventuellement dans d'autres pays Africains. / Bacterial Leaf Blight (BLB) and Bacterial Leaf Streak (BLS) diseases respectively caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) and X. oryzae. pv oryzicola (Xoc) are two emerging diseases of rice in West Africa, due to the recent expansion of rice cultivation and introduction of improved rice varieties over the last decade. Three news Xoo races were characterized based on genetic analysis, demonstrating their african specificity. In contrast, a study achevied on about ten Xoc strains isolated in Mali in 2003, show that they are related to asian Xoc strains. In Asia, several R genes against Xoo have been identified and deployed in breeding program to control BLB. In contrast, no R gene against Xoc has been identified in rice. The objectives of this PhD thesis are to (i) complete the Xo collections of African isolates upon annual sampling operated from 2009 to 2012 in various agroecological areas of Burkina Faso and Mali, (ii) determine the genetic diversity of these strains , (iii) identify and characterize news sources of resistance genes to BLB and BLS within rice accessions cultivated in Burkina Faso.Our results showed that african Xoc are highly diverse genetically and phenotypically. PCR-based analyse of two conserved type III effector gene (xopAJ and xopW) differentiated two groups of Xoc strains, with xopAJ not detected in a majority of African Xoc strains and 1050 bp insertion detected in xopW gene for few strains. However, the high genetic diversity observed among the Xoc strains is not correlated to geographical origin, sampling data or host plant species. Xoo strains characterized belong all to race A1 previously reported by Gonzalez et al. (2007) in Burkina Faso. Given the diversity of X. oryzae strains and their evolution, it is essential to establish a large scale epidemiological monitoring of Xo populations in concerned regions in west Africa.At last, some accessions cultivated in Burkina Faso showed specific resistance to african Xoo strains at all plant development stages. These original data contrast with rice lines carring Xa4, xa5 and Xa7 resistance genes against BLB, which are only effective at maximun tillering stage.Given no sources of effective resistance genes against BLS is available in rice, these accessions which were also efficient against a set of Xoc strains representative of the diversity in Africa, represent a huge potential source for the control of BLS in Burkina Faso, and eventually in others african countries.

Elementos móveis influenciam expressivamente a evolução do grupo Bacteria, uma vez que são integrantes importantes do processo de geração da variabilidade genética e promovem a diversidade da população frente à estocasticidade do ambiente. Investigamos a influência de elementos genéticos móveis em linhagens de X. oryzae sob três diferentes aspectos nesta tese. Primeiramente, investigamos a transferência horizontal de um operon adquirido exclusivamente por Xoc, porém ausente em Xoo e linhagens filogenéticamente próximas. A importância da produção do fitormônio GA4 por Xoc é indicada pela alta prevalência do operon em diferentes populações, e pela ampla distrubuição geográfica em um amplo perído de tempo. Também abordamos a influência de elementos genéticos móveis mais amplamente no genoma de X. oryzae. Descrevemos como elementos de transposição, representados por elementos do tipo IS, são capazes de interferir em um sistema central do metabolismo bacteriano, como o sistema de reparo de DNA. Por fim, descrevemos um novo elemento encontrado em X. oryzae e analisamos sua organização, distribuição, filogenia, o nível transcricional e o potencial funcional na interação com seu hospedeiro Nosso conjunto de resultados reitera a importância dos elementos de transposição no aumento de variabilidade genética de populações, e dessa forma, infere sobre seu papel relevante na diversificação em X. oryzae. Descrevemos a variabilidade, exploramos as consequências da amplificação de elementos de transposição nesta espécie, evidenciamos a complexidade desta variação em nível populacional. / Mobile elements are genomic components that trigger genetic variability and promote the diversity of the population against the stochasticity of the environment and therefore, significantly influence the evolution of the Bacteria group. We investigate the influence of mobile genetic elements on X. oryzae lineages under three different aspects in this thesis. First, we investigated the horizontal transfer event of a operon, acquired exclusively by Xoc, but absent in Xoo and phylogenetically close lineages. The importance of the production of the phytohormone GA4 by Xoc is indicated by its high prevalence in different populations, in a wide geographic distribution and in a large time period.We also address the influence of mobile genetic elements more comprehensively in the X. oryzae genome. We describe how transposable elements, represented by IS elements, are capable of interfering in a central system of bacterial metabolism, such as the DNA repair system. Finally, we describe a new element found in X. oryzae and we analyze its organization, distribution, phylogeny and its transcriptional level. We also speculate its function in the X. oryzae-host interaction. Our results reiterate the importance of transposable elements enriching genetic variability of populations and infers on their relevant role in the diversification of X. oryzae lineage. We describe the variability, explore the consequences resulting from the amplification of transposition elements in the X. oryzae species and we show the complexity of this variation at the population level.

La bactériose vasculaire du riz (BLB) et bactériose non-vasculaire du riz (BLS), causées respectivement par Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) et X. oryzae pv. oryzicola (Xoc), sont les deux plus importantes maladies bactériennes du riz. Ces maladies limitent le rendement de la production de riz dans les zones rizicoles en Asie et dans certaines régions d'Afrique. L'infection et la multiplication bactérienne dans les tissus de l'hôte dépendent souvent des facteurs de virulence de ces bactéries dont le type le système de sécrétion de type III (T3SS) et ses substrats. Dans cette thèse, nous avons identifié neuf effecteurs non-TAL (transcription Transcription activator-like) sécrétés par des effecteurs de type III de la souche chinoise 13751 de Xoo en utilisant le domaine d'induction HR de la protéine avirulente AvrBs1 comme gène reporter. Parmi eux, XopAE13751 a été expérimentalement confirmé pour la première fois comme étant un effecteur non-TAL. Ensuite, par l'analyse mutationnelle de ces gènes effecteurs identifiés dans Xoo, nous avons constaté que l'effecteur non-TAL XopR13751 était nécessaire pour la virulence de la souche chinoise de Xoo sur le riz hybride Teyou63. En parallèle, nous avons démontré que le gène rsmA (repressor of secondary metabolism) - comme le gène rsmAXoo de l'espèce chinoise Xoo 13751- régule positivement l'expression des gènes associés aux facteurs de virulence, tels que le système de sécrétion de type III, les enzymes extracellulaires et le DSF (diffusible signal factor). De plus, le gène effecteur non-TAL xopO s'est avéré être peu répandu chez les Xanthomonas puisqu'il est présent uniquement chez X. euvesicatoria (Xe) et Xoc mais est absent chez Xoo. En considérant les deux pathovars de X. oryzae, avec deux modes d'infection différents, xopO a été examiné comme un facteur de la spécificité du tissu par l'inactivation mutationnelle du gène dans Xoc et par l'expression du gène dans Xoo. Les résultats ont montré que xopO n'est pas la cause déterminante de la spécificité de tissu chez Xoc. Enfin, nous avons étudié les VNTRs (Variable Number of Tandem Repeats) comme outil de typage moléculaire rapide, fiable et rentable, pour améliorer le contrôle des épidémies et pour évaluer la structure de population des souches de Xoc. 28 loci candidats VNTR ont été prédits par le criblage de trois génomes de Xoc (souche philippine BLS256, souche chinoise GX01 et souche malienne MAI10). Des paires d'amorces pour l'amplification de PCR de chacun des 28 loci ont été conçues et testées à un pannel de 20 souches de Xoc provenant de l'Asie et de l'Afrique. Le séquençage des amplicons de PCR a confirmé 25 loci VNTR robustes et polymorphes communs entre les souches Xoc asiatiques et africaines. Un dendrogramme, construit à partir de la combinaison des 25 loci de VNTR (MLVA-25), a montré que la plupart des souches asiatiques sont clairement distinguables des souches africaines. Cependant, en accord avec de précédents rapports, une souche Malienne se distingue et semble être liée aux souches asiatiques, suggérant une introduction possible de souches sur le continent africain. Ce nouvel outil de typage basé sur les VNTR sera utile pour l'étude de structures de populations et pour la surveillance épidémiologique de Xoc. / Bacterial leaf blight (BLB) and Bacterial leaf streak (BLS), caused respectively by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) and X. oryzae pv. oryzicola (Xoc), are two most important bacterial diseases on rice, constraining severely the rice yield in the rice-growing areas in Asia and in parts of Africa. Successful infection and bacterial multiplication in host tissue often depend on virulence factors from these bacteria including type Ⅲ secretion system (T3SS) and its substrates. In this thesis, we identified nine type Ⅲ secreted non-TAL (Transcription activator-like) effectors of Xoo Chinese strain 13751 using HR-inducing domain of avirulence protein AvrBs1 as the reporter, among them, XopAE13751 was first found experimentally to be non-TAL effector. Subsequently, through mutational analysis of these identified effector genes in Xoo, we showed non-TAL effector XopR13751 was found to be required for full virulence of Xoo Chinese strain in hybrid rice Teyou63. In parallel, we demonstrated that rsmA (repressor of secondary metabolism)-like gene rsmAXoo of Xoo Chinese strain 13751 positively regulated the expression of genes associated with virulence factors such as type Ⅲ secretion system, extracellular enzymes and diffusible signal factor (DSF). Furthermore, non-TAL effector gene xopO was found to be narrowly distributed in Xanthomonas, which was only present in X. euvesicatoria (Xe) and Xoc, but not in Xoo. Based on the consideration of two X. oryzae pathovars carrying two different infection ways, xopO was tested in host and tissue specificity by analysis of mutational analysis of the gene in Xoc and expression of the gene in Xoo. The results showed that xopO of Xoc did not function as a determinant in host and tissue specificity. Finally, we explored Variable Number of Tandem Repeats (VNTRs) as a fast, reliable and cost-effective molecular typing tool, to better monitoring epidemics and assess the population structure of Xoc strains. 28 candidate VNTR loci were predicted by screening of three Xoc genome sequences (Philippine strain BLS256, Chinese strain GX01 and Malian strain MAI10). Primer pairs for PCR amplification of all 28 loci were designed and applied to a panel of 20 Xoc strains originating from Asia and Africa. Sequencing of PCR amplicons revealed 25 robust and polymorphic VNTR loci which are shared among Asian and African strains of Xoc. A dendrogram was constructed from 25 VNTR loci-combinating data (MLVA-25), indicating that most Asian strains were clearly discriminated from African strains. However, in agreement with previous reports, one strain from Mali appeared to be related to Asian strains, pointing to a possible introduction of strains to the African continent. A detailed analysis of the evolutionary relationships among a larger set of Xoc strains from China will be presented, considering different spatial scales. In conclusion, a new VNTR-based tool useful for studies of population structures and epidemiological monitoring of Xoc was successfully established.

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) est une bactérie phytopathogène responsable de la bactériose vasculaire du riz, maladie pouvant engendrer de fortes pertes de rendement à travers le monde. La course à l'armement entre la bactérie et sa plante hôte correspond d'une part à la mise en place de la virulence par le microorganisme et d'autre part en la résistance du végétal face à l'agression. Comprendre les mécanismes par lesquels Xoo accompli son cycle infectieux est d'une importance cruciale pour le développement futur de nouvelle méthode de luttes. Plusieurs approches complémentaires ont été mises en uvre afin de caractériser des éléments associés au pouvoir pathogène de Xoo.Dans un premier temps nous avons effectué une analyse protéomique comparative. Cette approche a permis l'identification chez une souche Africaine de Xoo d'un jeu de protéines induites par HrpX et susceptibles de jouer un rôle dans la virulence. Dans un second temps, l'implication de deux peptides dans la virulence Xoo a été étudiée. Le premier de ces peptides, supposé être le facteur d'avirulenceAvrXa21, a fait l'objet d'une caractérisation fonctionnelle et phylogénique. Le second peptide est synthétisé par un cluster NRPS, similaire à l'un de ceux présent chez Xanthomonas albilineans. Afin d'élucider l'importance de la molécule synthétisée par cette voie pour Xoo, une étude préliminaire impliquant la mutation d'un élément régulateur des NRPS a été effectuée. En dernier lieu, des informations nouvelles ont été apportées sur la topologie de la protéine membranaire HrcR qui est une composante essentielle du système de sécrétion de type III chez la plupart des bactéries appartenant au genre Xanthomonas. / Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the agent of bacterial leaf blight BLB in rice, a disease which causes considerable yield losses throughout the world. In the arms race underlying the interactions between the microorganism and the host, the presence of virulence factors in the former parallels that of resistance factors in the latter. Understanding the mechanisms of Xoo's infectious cycle is of paramount importance for the elaboration of new fighting strategies to combat BLB. To achieve this, several complementary approaches to characterize components of Xoo's pathogenicity have been employed.First, we performed comparative proteomics that allowed us to identify novel HrpX-induced candidate pathogenicity factors of an African Xoo strain. Second, the involvement of two peptides in Xoo's pathogenicity has been investigated. One was speculated to be the avirulence factor AvrXa21 and has been characterized both functionally and phylogenetically. The other one was found to be synthesized by a Non-Ribosomal Peptide Synthetase (NRPS), reminescent to NRPS genes found in Xanthomonas albilineans. In order to determine the role of NRPS-mediated synthesis in Xoo virulence, we studied a strain carrying a mutated regulatory gene of the NRPS pathway. Finally, we provide new information on the topology of the HrcR membrane protein which is a conserved component of the type III secretion system of most Xanthomonas.