Towards a functional analysis of African Xanthomonas oryzae pv. oryzae TALomes : identification of a novel virulence strategy

par Tuan Tu Tran

Thèse de doctorat en MP - Microbiologie/Parasitologie

Sous la direction de Boris Szurek.

Soutenue le 10-12-2015

à Montpellier , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec IPME - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (laboratoire) .

Le jury était composé de Boris Szurek, Laurent Noel, Nemo Peeters, Pierre Czernic, Diana Fernandez, Caitilyn Allen.

Les rapporteurs étaient Laurent Noel, Nemo Peeters.


  • Résumé

    Vers une analyse fonctionnelle du TALome des souches Africaines de Xanthomonas oryzae pv. oryzae : identification d’une nouvelle stratégie de virulence. Les bactéries du genre Xanthomonas injectent à l’intérieure de la cellule hôte des effecteurs de type TAL (Transcription Activator-Like) qui agissent comme des facteurs de transcription spécifiques à l’aide d’un nouveau domaine de liaison à l’ADN qui est programmable. La bactérie pathogène du riz Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) contient un nombre important de gènes TAL (de 9 à 16) dans leur génome. Tandis que un ou deux de ces gènes codent des facteurs de virulence majeurs, la contribution relative de chacun des autres gènes TALs à la pathogénie de Xoo reste encore obscure. Afin d’élucider cela, le génome complet de trois souches Africaines de Xoo a été analysé à l’aide de la technologie de séquençage PacBio. Une analyse phylogénétique des trois TALomes combinée à des prédictions de cibles des TAL in silico montre que les TALomes Africains sont très conservés et génétiquement distants des correspondants asiatiques. Les gènes TAL individuels des souches Africaines de Xoo MAI1 et BAI3 ont été sous-clonés via une nouvelle méthode d’analyse à moyen débit dans un vecteur d’expression compatible avec des tests de pathogénie. Un test systématique de « gain de virulence » de la fonction de chacun des 11 haplotypes TAL a été réalisé en les introduisant dans la souche de Xoo X11-5A qui est peu virulente et ne contient naturellement pas de TALs, révélant Tal2 comme un nouveau facteur de virulence majeur dans les souches Africaines de Xoo. La prédiction in-silico des cibles de Tal2 dans le promoterome de riz associée à des expériences de QRT-PCR ont mis en évidence deux cibles de virulence candidates de Tal2, OsTFX1 qui code un facteur de transcription de type bZIP déjà rapporté comme gène de sensibilité S commun à différentes souches Asiatiques de Xoo, et Os09g39810 (aussi appelé ici OsERF#123), qui code pour un facteur de transcription de la famille des protéines de type « ethylene response factor ». Des test de pathogénie ont confirmé l’induction spécifique de ce dernier obtenue à l’aide de TAL artificiels confère une sensibilité accrue du riz aux souches africaines de Xoo. Des expériences de type 5’-RACE ont montré que Tal2 induisait l’expression d’un transcrit alternatif caractérisé par une séquence « leader » plus longue. Nous faisons l’hypothèse que l’accumulation de ce transcrit alternatif spécifique de Tal2 interfère avec la fonction endogène de ce facteur de transcription de type ERF, dont nous montrons qu’elle est potentiellement impliquée dans l’induction des réponses de défense de la plante.Un autre axe de recherche de cette thèse a été d’initier la caractérisation des bactérioses du riz au Vietnam, qui est l’un des plus grands exportateurs de riz au monde. Tandis que la bactériose vasculaire due à Xoo a été rapportée plusieurs fois dans ce pays, une description formelle de la bactériose à stries foliaires causée par X. oryzae pv. oryzicola faisait défaut. Ici, nous avons confirmé l’occurrence de la BLS au Nord du Vietnam à l’aide d’une PCR-multiplexée. L’échantillonnage a également montré que les deux pathovars étaient présents dans cette région et parfois retrouvés sur la même feuille. Des analyses de la dynamique des populations de Xo et l’analyse fonctionnelle des TALomes serviront de base pour établir de nouvelles stratégies de lutte contre les xanthomonads infectant le riz au Vietnam.

  • Titre traduit

    Vers une analyse fonctionnelle du TALome des souches Africaines de Xanthomonas oryzae pv. oryzae : identification d'une nouvelle stratégie de virulence


  • Résumé

    Towards a functional analysis of African Xanthomonas oryzae pv. oryzae TALomes : identification of a novel virulence strategy Bacterial plant-pathogenic Xanthomonas translocate Transcription Activator-Like (TAL) effectors into plant cells to function as specific plant transcription factors via a novel programmable DNA-binding domain. Rice-pathogenic Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) strains contain multiple TAL genes (from 9 to 16) in their genome. While one or two act as major virulence factors, the relative contribution of each of the other members to Xoo pathogenicity remains unclear. To address that question, three African Xoo TALome have been analyzed using whole genome PacBio sequencing data. A phylogenetic analysis of the three TALomes combined to TAL targets in-silico predictions showed that African TALomes are highly conserved and genetically distant from Asian ones.Individual TAL genes from African Xoo strains MAI1 and BAI3 were directly sub-cloned via a self-developing medium-throughput approach into an expression vector suitable for pathogenicity analysis. A systematic “gain-of-virulence” analysis of the function of each of the 11 TAL effector clusters was assessed in Xoo strain X11-5A which has low virulence and is naturally devoid of TAL genes, revealing Tal2 as a novel major virulence factor in African Xoo. In-silico prediction for Tal2 binding sites in the rice promoterome and qRT-PCR analysis highlighted two virulence targets for Tal2, i.e. OsTFX1, which encodes a bZIP transcription factor previously known as a common susceptibility S gene targeted by Asian Xoo, and Os09g39810 (also referred to as OsERF#123), which encodes a putative transcription factor of the ethylene response factor family. Pathogenicity assays further confirmed that designer TALE-mediated specific induction of Os09g39810 confers higher susceptibility of rice to African strains of Xoo. 5’-RACE experiments showed that Tal2 induces the transcription of an alternative Os09g39810 transcript characterized by a longer leader sequence. We hypothesize that accumulation of this Tal2-specific transcript interferes with the endogenous function of this ERF-encoding gene, which is potentially involved with the induction of defense responses. Another project was to initiate the characterization of bacterial diseases of rice in Vietnam, one of the biggest rice exporting country over the world. While the occurrence of bacterial blight which is due to Xoo, was documented in several reports in this country, there was no formal description of bacterial leaf streak which is due to X. oryzae pv. oryzicola. Here, we attempted to confirm the presence of BLS in North Vietnam by using multiplex-PCR assay. The survey also indicated that both pathovars appear in this area and eventually in the same leaf samples. Further analysis of Xo populations dynamic and functional analysis of TALomes will be useful to infer novel strategies to control rice-pathogenic Xanthomonads in this country in the future.

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