Dissection transcriptomique de la biologie de Leptosphaeria maculans lors de ses interactions avec son hôte (le colza) et avec un membre du complexe d'espèces, Leptosphaeria biglobosa

Transcriptomic dissection of the biology of Leptosphaeria maculans during its interactions with its host (oilseed rape) and with a member of the species complex Leptosphaeria biglobosa

• Auteur / Autrice : Elise Gay
• Direction : Marie-hélène Balesdent, Nicolas Lapalu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Jacqui Shykoff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Veneault-Fourrey, Daniel Croll, Sébastien Faure, Benjamin Pêtre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Veneault-Fourrey, Daniel Croll

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colza

Leptosphaeria

Champignons phytopathogènes

Transcriptome

Mots clés libres

Transcriptomique

Pathogenèse

Coinfection

Complexe d’espèces

Leptosphaeria

Brassica napus

Transcriptomic

Pathogenesis

Coinfection

Species complex

Leptosphaeria

Brassica napus

Résumé

Leptosphaeria maculans est un champignon pathogène responsable de la nécrose du collet chez le colza. Son cycle de vie est long et complexe car composé d’une succession d’étapes de colonisation asymptomatiques puis nécrotiques des différents tissus de l’hôte, depuis la colonisation hémibiotrophe des feuilles à l’automne à la nécrose du collet au printemps. Après ces phases infectieuses dans des tissus végétaux vivants, L. maculans vit en tant que saprophyte dans les résidus de culture. Jusqu’ici, l’étude des déterminants moléculaires de la pathogénie chez L. maculans s’est concentrée sur l’analyse d’une classe spécifique de gènes, codant pour des « effecteurs », et cela durant une seule partie du cycle : l’infection précoce des feuilles. A l’heure actuelle il n’y a pas de vue d’ensemble des gènes impliqués dans la pathogénie durant tout le cycle infectieux. Aussi, le cycle de vie de L. maculans est intimement lié à celui de Leptosphaeria biglobosa, une espèce proche mais moins pathogène. L. biglobosa coinfecte le colza avec L. maculans durant tout leur cycle de vie, mais son impact sur L. maculans est mal connu. Récemment, 420 échantillons biologiques, collectés durant toutes les étapes du cycle de vie de L. maculans, ont été séquencés par RNA-Seq. Ils incluent des conditions in vitro et in planta, à la fois dans un environnement contrôlé (en coinfection ou non avec L. biglobosa) et en conditions d’infection naturelle. Les objectifs de ma thèse étaient : (i) d’identifier le plus exhaustivement possible, par des approches transcriptomiques, les gènes induits chez L. maculans durant l’entièreté de son cycle infectieux et (ii) de déterminer l’impact de l’interaction biotique avec L. biglobosa. J’ai d’abord montré que 9 % des gènes prédits chez L. maculans sont induits spécifiquement lors de l’infection. Ils sont répartis en huit vagues d’expression redécoupant le cycle tel que décrit dans la littérature et révèlent, pour certains stades, une décomposition transcriptomique encore plus complexe, qui dépend de l’organe colonisé ou du type trophique adopté par le champignon. Je démontre aussi l’importance de la régulation épigénétique puisque toutes les vagues d’expression sont enrichies en gènes localisés dans un environnement génomique de type hétérochromatinien. Lorsque le troisième partenaire, L. biglobosa, entre en jeu en début de cycle, l'expression des gènes chez L. maculans stagne et est accompagnée de l’arrêt de la colonisation. Cet effet inhibiteur est cependant restreint à des conditions de co-inoculations rarement observées lors des infections naturelles. Mon projet de thèse constitue ainsi une première description transcriptomique du cycle de vie de L. maculans dans son intégralité et en interaction avec son environnement biotique.

Leptosphaeria maculans is a pathogenic fungus responsible for the stem canker disease of oilseed rape. Its life cycle is long and complex and is composed of a succession of asymptomatic and necrotic colonisation stages of the host tissues, from the hemibiotrophic colonisation of leaves in autumn to the stem canker development in spring. After these infectious stages on living plant tissue, L. maculans survives as a saprophyte within crop residues. So far, the study of the molecular determinants of L. maculans pathogenesis was focused on a specific class of genes, encoding "effector" proteins, and focused on the early infection on leaves. At present there is no global view of the genes involved in the pathogenesis during the entire infection cycle. In addition, the life cycle of L. maculans is closely related to that of Leptosphaeria biglobosa, a closely related, less pathogenic species. L. biglobosa co-infects the oilseed rape plants along with L. maculans throughout the fungal life cycles, but its impact on L. maculans is poorly understood. Recently, 420 biological samples, collected during all stages of the life cycle of L. maculans, have been sequenced by RNA-Seq, including in vitro and in planta conditions, both in controlled environments (whether or not co-infected with L. biglobosa) or under natural infection. The objectives of my thesis were: (i) to identify as exhaustively as possible, using tanscriptomic approaches, the genes induced in L. maculans during its entire infectious cycle and, (ii) to determine the impact of the biotic interaction with L. biglobosa. I first showed that 9% of the predicted genes in L. maculans are induced specifically during infection. These are clustered into eight waves of expression, outlining the cycle as described in the literature and revealing, for some stages, a more complex transcriptomic subdivision, depending on the organ infected or on the lifestyle adopted by the fungus. I also demonstrate the importance of epigenetic regulation since all the waves of expression are enriched with genes located in a heterochromatin environment. When the third partner, L. biglobosa, coinfects the leaves at the beginning of the cycle, the gene expression in L. maculans stagnates and the plant colonisation by L. maculans is inhibited. However, this inhibitory effect is conditioned by strict conditions of co-inoculations, rarely observed during natural infections. My thesis project thus constitutes a first transcriptomic description of the life cycle of L. maculans in its entirety and in interaction with its biotic environment.