Étude des activités biologiques interférant avec la signalisation bactérienne reposant sur les N-acylhomosérine lactones dans l'environnement rhizosphérique

par Emilie Chapelle-Pineau

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Microbiologie

Sous la direction de Yves Dessaux.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    L’expression de nombreuses fonctions bactériennes est régulée selon un mécanisme, appelé quorum sensing (QS), qui permet l'expression synchronisée de gènes cibles au sein d'une population lorsque que celle-ci a atteint un certain seuil de densité. Ce système repose sur la production et la perception d'une molécule signal qui diffuse dans l'environnement. Chez diverses Protéobactéries de la rhizosphère (Agrobacterium, Rhizobiacea, Erwinias, etc. ), la production des signaux QS de type N-acylhomosérine lactones (AHL) est associée à la régulation de fonctions essentielles dans l'interaction avec la plante : transfert de plasmide pathogène ou symbiotique, colonisation, nodulation, production d'enzymes lytiques, d'cxopolysaccharides, etc. Les organismes avoisinant les bactéries productrices d'AHL ont développé différents mécanismes interférant avec ce système : production de composés mimétiques ou antagonistes du signal (plantes, champignons), dégradation du signal (bactéries, champignons, animaux). M. Truncatula et A. Thaliana sont par ailleurs capables de percevoir les AHL et d’exprimer en retour des réponses spécifiques. Les travaux présentés ici relatent principalement la caractérisation d'une nouvelle enzyme dégradant les signaux AHL (AHLase), chez des plantes de la famille des légumineuses (Papilionideae). La purification et l'analyse par HPLC/MS-MS du support protéique de l'activité AHL lactonase chez Vicia sativa indiquent que celui-ci correspond à une protéine apparentée à un type particulier de lipoxygénases (LOX) présent uniquement chez les légumineuses. Certaines AHL, exercent par ailleurs un effet inhibiteur sur l’activité LOX. Parallèlement à cette étude moléculaire, une étude fonctionnelle a été initiée. Dans ce cadre, l'impact potentiel de l'expression d'une activité AHLase par une plante, naturellement non-dégadatrice des AHL (tabac), sur les communautés bactériennes rhizosphériques cultivables a été analysé. Si elle peut exercer un impact ciblé sur une bactérie QS-dépendante, l’expression de l'activité AHLase ne semble pas, dans ce contexte, perturber la structure globale de la population bactérienne rhizosphérique. Les légumineuses forment des nodosités symbiotiques avec les Rhizobiaceae, bactéries présentant à ce jour les systèmes QS les plus complexes. Ces études mettent donc l'accent sur une inconnue fondamentale: le rôle exact des AHL dans la signalisation entre bactéries, et entre bactéries et plante, au cours de la symbiose. Elles s’inscrivent par ailleurs dans un champ de recherche novateur et porteur de nombreuses perspectives, notamment dans le domaine du bio-contrôle contre les pathogènes QS-dépendants.

  • Titre traduit

    Characterization of biotic activities interfering with the bacterial N-acylhomoserine lactones-based quorum sensing in the rhizosphere environment


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Bacteria regulate the expression of numerous genes through an inter-cellular signalization mechanism called Quorum Sensing (QS). This allows the concerted expression of activities among the population once a sufficient cell density threshold has been reached. This communication relies on the production and perception of specific diffusibles compounds in the environment. In various rhizospheric Proteobacteria (e. G. Agrobacterium, Rhizobia, Erwinia), essential functions related to their interactions with plants (pTi or pSyn plasmids transfert, colonization, expression of virulence factors) are regulated through the exchange of N-acylhomoserine lactones (AHLs). Neighbouring organisms that use or not AHL as a QS signal have developped interfering activities collectively termed Quorum Quenching (QQ). These comprise the production of antagonistic or mimeric compounds (in plants, fungi, algae) or enzymatic disruption of the AHL (AHLase activities found in bacteria, fungi or animals). Furthermore some plants such as Medicago truncatula or A. Thaliana are able to perceive AHLs produced by bacteria and express specific responses. A legume, L. Corniculatus, was also suspected to be able to enzymatically degrade AHL, which wzs never found in another plant so far. Interestingly, symbiotic rhizobia are known to use AHL-based QS to regulate many functions including some involved in symbiosis with legumes. The experiments presented here aimed at investigating the molecular basis and ecological impact of AHLase activities in the rhizosphere environment. First, a new type of AHL lactonase activity was characterized in the gram positive rhizospheric bacterium Rhodococcus erythropolis, an efficient biocontrol agent toward Pectobacterium, whose virulence rely on AHL-based QS. Second, the characterization of the AHLase activity in legume plants was undergone. After a phenotypic screening of various plants, the AHLase activity was detected only in legume species and showed the highest level in Vicia sativa. Active protein was purified and analysed in HPLC/MS-MS. This showed that the AHLase protein share the highest homology with a particular type of lipoxygenase enzymes (LOX) present only in legumes. Biochemical analysis also showed that AHL could competitively inhibit some lipoxygenase activity, confirming a possible interaction between the AHL substrate and the catalytic site of the assessed LOX. Cloning of the gene encoding for the legume AHLase was initiated and so far yielded only a 700 bp fragment of the gene in V. Sativa. Further studies will have to be performed to unravel the function of the legume AHLase in symbiotic associations. In parallel to this molecular approach, the ecological impact of the expression of AHLase by plants on the surrouding rhizosphere bacteria was assessed. We used here transgenic tobaco plants expressing a bacterial AHLases and screened the cultivable bacterial populations for the occurence of AHL-producing or -degrading isolates. No significant difference could be found between the populations isolated from the AHLase plans as compared to the non-AHL-degrading wild type plants. Collectively, these results suggest that disruption of AHL by neighbouring organisms, and especially plants may impact specific pathogenic or symbiotic behaviours but doesn't seem to modify the averall bacteria structure in the rhizosphere.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-116 f.-[44] p. de pl.)
  • Annexes : Bibliogr., 13 f.

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