The MAPK Slt2 regulates development and pathogenicity in Zymoseptoria tritici

par Elisabetta Marchegiani

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Marc-Henri Lebrun.

Le président du jury était Philippe Silar.

Le jury était composé de Philippe Silar, Philippe Simoneau, Christophe d' Enfert, Jason Rudd, Gert H.J. Kema, Marie Dufresne.

Les rapporteurs étaient Philippe Simoneau, Christophe d' Enfert.

  • Titre traduit

    Fonctions biologiques et pouvoir pathogène régulés par la MAPK Ztslt2 chez Zymoseptoria tritici


  • Résumé

    Zymoseptoria tritici est l'un des dix plus importants champignons pathogènes des plantes. Son impact économique sur la production de blé et ses caractéristiques biologiques (dimorphisme levure-hyphae, hémi-biotrophie, populations sexuées et diversifiées) fait de Z. tritici un organisme unique parmi les champignons pathogènes des plantes. Au cours des dix dernières années, il a suscité un intérêt croissant de la communauté scientifique conduisant au développement d'outils génomiques et génétiques. Ces efforts ont permis de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans sa pathogénie et son évolution. Nous avons focalisé notre étude sur les trois «Mitogen-Activated Kinases» (MAPK) ZtFus3, ZtHog1 et ZtSlt2 de Z. tritici nécessaires au succès de l’infection. Nous avons réalisé une caractérisation phénotypique détaillée du mutant de délétion ZtSLT2 lors de l'infection du blé et du développement fongique in vitro. Nous avons montré que le mutant ΔZtslt2 est non pathogène pour les feuilles de blé, même lorsque la pénétration stomatique est court-circuitée par injection de spores dans la feuille, ce qui suggère que ce mutant présente un défaut dans la colonisation des tissus de la plante. Pendant la croissance in vitro, ZtSLT2 est nécessaire à la pigmentation, des colonies, l’émergence des hyphes aériens, la formation de biofilm et l’hydrophobicité de la colonie. Ces phénotypes sont des marqueurs d'un processus développemental qui se produit pendant le vieillissement de la colonie de Z. tritici (développement de colonies pigmentées et hydrophobes portant des hyphes aériens blancs). Ce processus développemental survient à des moments différents selon le milieu de culture et la température, le plus rapide étant sur milieu pauvre «Pomme de terre Glucose» (PD) à 25 °C (4 jours) et le plus lent sur milieu riche complet «Extrait de Levure, Peptone, Glucose» (YPD) à 18 °C (18 jours). Nous avons montré que les gènes codant pour des enzymes impliquées dans la biosynthèse de la mélanine, des α-1,3-glucanes et des hydrophobines sont surexprimées au cours de ce processus développemental dans la souche sauvage, en particulier après trois jours de culture sur PD à 25 °C par rapport aux autres conditions. Cette surexpression nécessite que la voie ZtSLT2 soit fonctionnelle. L’analyse transcriptomique (RNAseq) de ces conditions différentielles est en cours pour identifier le réseau de gènes nécessitant la protéine Slt2 pour leur expression. Ces gènes cibles de ZtSLT2 sont des facteurs de pathogénicité putatifs.Nous avons également développé un nouvel outil moléculaire pour Z. tritici. Nous avons montré que les promoteurs pMoNIA1 et pZtNIA1 des gènes codant les nitrates réductases de Magnaporthe oryzae et Z. tritici, respectivement, sont régulés par la source d’azote du milieu de la même façon chez Z. tritici. L’expression de gènes sous le contrôle de ces deux promoteurs est maximale en présence de nitrate comme seule source d'azote, mais réduite en présence de glutamate. Ces promoteurs peuvent donc être utilisés pour l'expression conditionnelle de gènes et le remplacement de promoteur chez Z. tritici. Ils seront utiles pour contrôler l'expression des allèles constitutivement actifs des MAP kinase kinases dans le but d’activer les voies des MAPK de manière conditionnelle.


  • Résumé

    Zymoseptoria tritici is one of the ten more important fungal plant pathogens. Its economic impact on wheat production and its biological characteristics (yeast-fungal dimorphism, hemi-biotrophy, sexual and highly diverse populations) make Z. tritici unique among fungal plant pathogens. It has therefore drawn attention of the scientific community during the last ten years, leading to the development of genomic and genetic tools. These efforts have improved our understanding of its pathogenicity and evolution. We have focused our study on the three Z. tritici Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) signalling pathways (ZtFUS3, ZtHOG1, and ZtSLT2) which are required for pathogenicity. We provided novel insights in the role of ZtSlt2 MAPK signalling pathway using a detailed phenotypic characterization of SLT2 deletion mutant during wheat infection and in vitro development. We showed that SLT2 is non-pathogenic on wheat leaves, even when stomatal penetration is bypassed by spore injection, suggesting a defect in leaf colonisation. During in vitro growth, SLT2 is required for melanisation, aerial hyphae emergence, biofilm formation and colony hydrophobicity which are markers of a developmental switch occurring during Z. tritici colony aging (development of melanised and hydrophobic colonies supporting abundant white aerial hyphae). This developmental switch occurs at different times depending on media and temperatures, quickest being on poor plant-derived Potato Dextrose (PD) medium at 25°C (4 days) and slowest on rich complex Yeast Extract Peptone Dextrose (YPD) medium 18°C (18 days). We provided evidence that genes encoding enzymes involved in both melanin and α-1,3-glucan biosynthesis, and hydrophobins are up-regulated during this developmental switch in wild type, in particular at 3 days on PD at 25°C compared to other conditions. This up-regulation clearly requires a functional ZtSLT2 pathway. Transcriptomic analysis (RNAseq) of these differential conditions is ongoing to identify the network of genes requiring SLT2 for their expression. These SLT2 target genes are putative pathogenicity factors. We also provide a new molecular tool for Z. tritici. We showed that pMoNIA1 and pZtNIA1 promoters from nitrate reductases encoding genes of Magnaporthe oryzae, and Z. tritici, respectively, are nitrogen-responsive in Z. tritici to a similar extent. They are fully expressed in presence of nitrate as sole nitrogen source and down-regulated in presence of glutamate, showing they are suitable for conditional gene expression and promoter replacement in Z. tritici. These promoters will be useful to control the expression of constitutively active alleles of MAP Kinase kinases in order to activate MAPK pathways in a conditional manner.


Le texte intégral de cette thèse n'est pas accessible en ligne.
Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.