Identification and characterization of target genes of RRS1-R, a protein conferring resistance in Arabidopsis thaliana to the pathogenic bacterium Ralstonia solanacearum

par Binbin Zhou

Thèse de doctorat en Interactions plantes-microorganismes

Sous la direction de Dominique Delcasso-Trémousaygue.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Identification et caractérisation des gènes cibles de RRS1-R, une protéine conférant la résistance d'Arabidopsis thaliana à la bactérie pathogène Ralstonia solanacearum


  • Résumé

    Ralstonia solanacearum, agent du flétrissement bactérien, affecte près de 200 espèces végétales. Les gènes RRS1-R confèrent à l'écotype d'A. Thaliana Nd-1 une résistance à différentes souches de R. Solanacearum. RRS1-R code une protéine de structure modulaire associant les domaines typiques de nombreuses protéines de résistance TIR-NBS-LRR et un domaine signature de facteurs de transcription WRKY. Dans l'écotype sensible Col-0, le gène RRS1-S code pour une protéine qui présente une structure très semblable. Au cours de ce travail, nous avons montré que les gènes RRS1-R et RRS1-S s'expriment essentiellement dans les cellules du péricycle et les cellules de passage de l'endoderme des racines matures et de la base de l'hypocotyle, cellules qui correspondent aux sites de pénétration des bactéries dans le système vasculaire où elles se multiplient. Nous avons montré que les deux domaines WRKY des protéines codées par ces gènes se fixent spécifiquement aux boites W, reconnues par les facteurs de transcription de la famille WRKY. Nous avons par la suite développé une approche DamID (DNA adenine methyltransferase IDentification) visant à identifier les gènes cibles des protéines RRS1-R et RRS1-S in vivo. L'analyse a été focalisée sur l'identification des gènes cibles de RRS1-R, dans le fond génétique résistant Nd-1 exprimant, ou pas, la protéine d'avirulence PopP2 sous contrôle d'un promoteur inductible. Dans chacun des cas le séquençage d'une centaine de FARMs (Fragments Associated to RRS1-driven Methylation) a permis de proposer des cibles potentielles et un modèle de fonctionnement de RRS1-R comme régulateur transcriptionel. Ce travail se poursuit par une analyse globale au niveau du génome, grâce au séquençage haut débit des FARMS et par l'étude de la fonction dans la réponse de la plante et de la régulation transcriptionelle de quelques cibles d'intérêt. Les résultats de ce travail illustrent dans leur ensemble l'importance de RRS1-R pour réguler la réponse des plantes à R. Solanacearum.


  • Résumé

    In nature, plants are constantly exposed to microbial pathogens and have evolved an effective and dynamic immune system in order to survive. R. Solanacearum, the causing agent of wilt disease, is a soil-borne bacteria pathogenic on more than 200 plant species. Bacteria enter roots, invade xylem vessels and then spread rapidly to aerial parts of the plant through the vasculature. In A. Thaliana Nd-1 plants, RRS1-R, with its partner RPS4 allows resistance to strains of R. Solanacearum that deliver PopP2, a type III effector, into the plant cells. Previous studies showed that RRS1 and RPS4 are two NBS-LRR receptor proteins involved in the perception of the effector. Interestingly, RRS1 also harbors a WRKY transcription factor domain in its C-terminal end. In a susceptible Arabidopsis ecotype Col 0, RRS1-S is an allelic gene of RRS1-R, which encodes a similar structure. The recognition of bacterial and plant proteins leads to RRS1 protein accumulation in the nucleus, triggering possibly transcriptional gene regulation. Important genomic reprogramming of the infected plant cells has indeed been shown. My work shows that the RRS1-S and RRS1-R genes are expressed mainly in mature roots and basal hypocotyls, in pericycle cells and passage cells from the endoderm. These cells correspond to entry sites of the invading R. Solanacearum bacteria within the vascular tissues. We also demonstrated the binding of WRKY domain of RRS1-R and RRS1-S, in vitro, to W boxes which are cis-regulatory elements recognized by WRKY transcription factors. In order to identify the in vivo target sequences of RRS1-R and RRS1-S, a DamID (DNA adenine methyltransferase IDentification) approach, detecting transitory DNA-protein associations was developed. DamID is based on the fusion of a protein of interest to a DNA Adenine Methyl-transferase from E. Coli, which will methylate DNA in the vicinity of the binding sites of this protein. The fingerprints can be further mapped by DNA restriction with methylation sensitive enzymes, and cloned or directly sequenced. Analysis was focused on RRS1-R, by cloning FARMs (Fragment Associated to RRS1 driven Methylation) from Nd-1 plants expressing or not an inducible PopP2 gene. This allowed the identification of several putative targets of RRS1-R and led us to propose a model for its function as a transcription factor. High throughput sequencing was then initiated at a whole genome scale analysis. The function and transcriptional regulation of a putative RRS1 target gene was evaluated. Taken together, the results of this study illustrate the important role of RRS1-R in the regulation of the plant response to R. Solanacearum.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (130 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 97-130

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2014 TOU3 0013
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