Thèse soutenue

The fitness landscape of the soil bacteria Caballeronia insecticola and Sinorhizobium meliloti in diverse natural and synthetic environments
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Auteur / Autrice : Romain Jouan
Direction : Tatiana Timtchenko
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Microbiologie
Date : Soutenance le 07/12/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
Jury : Président / Présidente : Pascal Ratet
Examinateurs / Examinatrices : Gabriella Pessi, Stéphane Uroz, Marta Torres Bejar
Rapporteurs / Rapporteuses : Gabriella Pessi, Stéphane Uroz

Résumé

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Les bactéries du sol sont adaptées pour survivre dans ce milieu et pour faire face à divers organismes y vivant, comme d'autres bactéries, champignons, plantes et insectes. Pour mieux connaitre ces adaptations et comprendre si ces adaptations se chevauchent ou sont spécifiques à chacun de ces modes de vie, j'ai utilisé l'approche dites « Transposon sequencing » (Tn-seq) pour identifier les gènes essentiels et conditionnellement essentiels dans deux bactéries du sol bien connues, Caballeronia insecticola et Sinorhizobium meliloti. J'ai utilisé des cribles Tn-seq réalisés dans les milieux naturels des microbes (in situ), combinés à des expériences in vitro. La sélection des conditions in vitro a été guidée par des analyses transcriptomiques, des études physiologiques, la génétique, la génomique et des analyses biochimiques, ainsi que par les expériences Tn-seq in situ. Ces conditions in vitro consistent en plusieurs facteurs de stress (comme des peptides antimicrobiens ou AMP) ou de conditions nutritionnelles (panel de sources de carbone, d'azote et de soufre) et physiologiques (motilité et chimiotaxie) que les microbes rencontrent dans leurs milieux naturels. Ces conditions in vitro simplifiées décomposent les conditions naturelles en composants uniques et facilitent ainsi l'interprétation des cribles Tn-seq in situ. C. insecticola est une bactérie polyvalente qui établit des interactions spécifiques avec des insectes, des plantes, des champignons et d'autres bactéries. J'ai analysé quatre modes de vie différents de C. insecticola avec l'approche Tn-seq : le sol, la rhizosphère des plants de soja, l'organe symbiotique intestinal de l'insecte Riptortus pedestris et la surface des hyphes des champignons Cunninghamella. Pour les interactions bactéries-bactéries, je me suis concentré sur la compétition entre la souche de rhizobium S. meliloti et la souche productrice de toxines Rhizobium sp. Pop5, car cette interaction est bien caractérisée et repose sur la production du AMP phazolicine par la souche Pop5.Au total, 34 cribles chez C. insecticola et 4 cribles chez S. meliloti ont été réalisés et analysés, ce qui a permis de découvrir des phénotypes pour 1 162 gènes de C. insecticola et 264 gènes de S. meliloti. Chez C. insecticola, le génome essentiel, c'est-à-dire l'ensemble des gènes qui ne peuvent être supprimés et qui sont donc indispensables à la vie bactérienne, a été défini. Il est constitué de 498 gènes, avec des gènes codant des fonctions cellulaires attendues, comme la transcription, la traduction, la production d'énergie, la biosynthèse de l'enveloppe cellulaire et le cycle cellulaire, ou des gènes moins attendus comme ceux impliqués dans la modification spécifique de la partie lipidique A du lipopolysaccharide avec des groupes 4-amino-4-désoxy-L arabinose. Les résultats des différents cribles ont été vérifiés en utilisant des mutants d'insertion ou de délétion de C. insecticola et S. meliloti et en caractérisant leur phénotype dans les conditions in situ et in vitro appropriées. Au total, 23 mutants de C. insecticola et 8 mutants de S. meliloti ont été phénotypés. Dans chaque cas, le phénotypage de ces mutants a confirmé les données Tn-seq, illustrant la robustesse et le potentiel de la méthode.Parmi les fonctions bactériennes cruciales dans tous les milieux naturels, tant chez C. insecticola que chez S. meliloti, figure l'enveloppe bactérienne, ce qui suggère qu'elle constitue un bouclier contre les agressions environnementales, comme les AMPs fréquemment produits par d'autres organismes. La motilité bactérienne et la chimiotaxie chez C. insecticola sont cruciales dans l'interaction avec les insectes et dans le sol, lorsque les bactéries circulent sur les hyphes fongiques. Enfin, chaque milieu impose des contraintes métaboliques spécifiques aux bactéries. Ces travaux ont mis en évidence des adaptations à la fois généralistes et spécifiques à l'environnement chez les bactéries du sol.