Functional characterization of AvrBs3/PthA effectors in Xanthomonas oryzae pv. oryzae strain BAI3 from West-Africa

par Yanhua Yu

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire

Sous la direction de Valérie Verdier.

Le président du jury était Michel Lebrun.

Le jury était composé de Valérie Verdier, Boris Szurek, Lionel Gagnevin.

Les rapporteurs étaient Matthieu Arlat, Marie-anne Barny.

  • Titre traduit

    Analyse fonctionnelle des effecteurs de type AvrBs3/PthA au sein de la souche BAI3 de Xanthomonas oryzae pv. oryzae originaire d'Afrique de l'Ouest


  • Résumé

    Xanthomonas oryzae pv. oryae (Xoo) est l'agent causal de la bactériose vasculaire du riz (BLB), maladie entraînant des pertes de rendement importantes dans la plupart des régions rizicoles, notamment en Afrique. La virulence des souches Asiatiques de Xoo dépend des effecteurs de la famille AvrBs3/PthA ou TAL (pour Transcription Activator-Like). Des études appro fondies sur le mode d'action des effecteurs TAL ont montré que l'activité de virulence ou d'avirulence que les TAL confèrent à la bactérie dépend essentiellement de leur interaction avec les gènes de sensibilité et/ou de résistance correspondants chez le riz. Les souches de Xoo originaires d'Afrique isolées récemment ne présentent que huit effecteurs de type TAL dans leur génome et leur rôle dans la virulence est jusqu'à présent inconnu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effecteurs de type TAL dans la souche africaine de Xoo BAI3. Une mutagenèse systématique par recombinaison homologue sur l'ensemble des huit gènes tal de la souche BAI3 a été effectuée et a conduit à l'identification et à la caractérisation du gène talC. TalC se caractérise par 21.5 répétitions et est phylogénétiquement proche des TAL de Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). Le mutant BAI3ΔtalC est incapable de développer les symptômes de la maladie sur plante sensible. Toutefois, les bactéries se multiplient très bien au niveau de l'apex foliaire proche du site d'inoculation, laissant supposer que TalC est requis pour la colonisation du système vasculaire. Parmi les cibles directes potentielles identifiées via l'analyse du transcriptome de feuilles de riz sensible (BAI3 versus BAI3ΔtalC), Os11N3 code une protéine de la famille des noduline-3 MtN3 et est fortement induit durant l'infection par la souche sauvage BAI3. Nous avons identifié dans la région promotrice de Os11N3 une séquence nucléotidique ciblée par TalC et démontré qu'elle était fonctionnelle via des expériences d'expression en trans dans N. benthamiana. Les travaux de cette thèse montrent pour la première fois que les effecteurs de type TAL contribuent de manière importante à la virulence de la souche africaine Xoo BAI3. Ces travaux contribueront à l'amélioration génétique des lignées de riz pour la résistance à la bactériose vasculaire du riz en Afrique.


  • Résumé

    Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the causal agent of Bacterial Leaf Blight (BLB) on rice, a serious disease causing important yield losses in the main rice growing regions including Africa. The virulence of Asian Xoo strains mainly depends on the type III effectors of avrBs3/pthA gene family, namely TAL (for Transcription Activator Like) effectors. In depth studies on the function of TAL effectors revealed that the virulence and/or the avirulence activities conferred by these effectors requires the binding and the induction of the corresponding S and/or R genes. African Xoo strains was shown to harbor 8 TAL effectors in their genomes. However, the contribution of these TAL effectors to Xoo virulence is still unknown. This work reports on the identification and characterization of TAL effectors in the African Xoo strain BAI3R. A random mutagenesis based on homologous recombination in the genes encoding TAL effector was conducted in Xoo str ain BAI3R and led to the identification of talC. TalC harbors 21.5 repeats in its central domain and is phylogenetically more related to TAL effectors of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). The BAI3RΔtalC mutant is seriously impaired in its virulence on susceptible rice varieties. Interestingly, bacteria are still able to grow at wild-type levels in the apex of the leaf, suggesting a requirement of talc for vascular colonization. Potential direct host targets were identified by conducting a transcriptomic analysis of rice leaves challenged with Xoo strain BAI3R vs. BAI3RΔtalC. Among the identified targets, the rice gene Os11N3 was found to be highly induced upon infection by the wild type strain but not the mutant one. A DNA target box for TalC was located in the Os11N3 upstream region and proved to be functional using GUS assays. We also show that the Os11N3 341-bp upstream region is transcriptionnally activated by TalC. Our results demonstrated for the first time that TAL effectors play an important role in the virulence of Xoo strain BAI3R. Our work will contribute to better improve rice for resistance to bacterial leaf blight.

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