Mélodie en Sous-Sol- Ecologie, évolution et virulences de pathogènes telluriques

Résumé : Depuis le début de ma carrière scientifique, mes travaux ont été consacrés à l’étude de pathogènes microbiens multi-hôtes. Ces microorganismes phytopathogènes responsables de nombreuses émergences ces dernières années, posent un grand défi aux pathologistes par leur gamme d’hôte large, et le déterminisme génétique complexe sous-tendant leurs interactions avec leurs hôtes. Mon activité de recherche a débuté en 1998 par l’étude des bases génétiques de la spécificité d’hôte et de virulence chez Aphanomyces euteiches, un Oomycète tellurique responsable d’une maladie émergente très dommageable sur Légumineuses en France depuis 1993, en partenariat avec des généticiens- sélectionneurs du pois. La combinaison de tests phénotypiques et d’analyses génétiques par marqueurs neutres AFLP m’ont permis de montrer que les populations françaises étaient génétiquement variables mais non structurées par l’hôte, ni par la géographie. Les paramètres de structuration génétique des populations indiquaient qu’A.euteiches suit probablement le modèle épidémique de Smith (1993), ce qui nous a conduit à deux interprétations (i) le caractère polycylique des infections sur pois (confirmé ultérieurement par une approche épidémiologique), (ii) l’existence probable d’une population « environnementale » non échantillonnée, hautement diversifiée et recombinante. Mon activité de recherche s’est ensuite orientée en 2002 sur un autre modèle phytopathogène tellurique. Ralstonia solanacearum est une Beta-Proteobactérie présente dans toute la ceinture tropicale et subtropicale, émergente en zone tempérée, provoquant plusieurs maladies d’importance agronomique majeure, dont le flétrissement bactérien des Solanacées. Les souches affectant les Solanacées appartiennent aux 4 phylotypes (I, II, III, IV) constituant ce complexe d’espèces. Je me suis d’abord intéressé aux facteurs écologiques de l’émergence en Martinique du phylotypeIIB/sequevar4NPB. Des marqueurs PCR et de séquence ont établi que ce groupe constituait bien une nouvelle population, phylogénétiquement homogène (phylotype IIB/4NPB) et distincte des populations « historiques » composées uniquement de phylotype I (Asiatique) et IIA (Américain). Plusieurs enquêtes menées en partenariat de 2002 à 2006 ont permis d’établir les facteurs écologiques de cette émergence: l’acquisition de nouveaux hôtes (dont certains préalablement inconnus chez R.solanacearum), la propagation très rapide de ce groupe sur toute l’île, probablement par les eaux de rivière. L’analyse des compositions phylogénétiques de populations sur plusieurs historiques culturaux, nous a conduit à suggérer que les rotations cucurbitacées-solanacées, mais aussi bananier-Solanacées avaient un effet favorisant sur l’émergence de cette population. Ses traits biologiques spécifiques ont été déterminés en conditions contrôlées, dont sa gamme d’hôte sur Solanacées, Cucurbitacées, Solanacées. Les spécificités écologiques et phylogénétiques de ce groupe en constituent un écotype spécifique, appelé « Emergent ». Ces études ont servi de base aux projets ultérieurs de génomique comparative. La question de son caractère endémique ou introduit reste ouverte ; l’épidémiosurveillance de la zone Antilles-Guyane combinant MLST et PCR spécifiques ont démontré (i) son absence récente dans les petites Antilles, à l’exception de Trinidad, et (ii) sa présence dans des collections au Brésil. En revanche, cet écotype est établi en zone forestière de Guyane française depuis 2006, et en apparente expansion. L’étude de cet écotype m’a amené à partir de 2008 à m’intéresser aux facteurs génétiques et écologiques de l’adaptation de R.solanacearum à un nouvel hôte ou à une résistance variétale, dans le cadre d’un projet de caractérisation de la spécificité et durabilité de résistance des Solanacées au flétrissement bactérien, focalisé sur le modèle de l’aubergine (Solanum melongena) et notamment le gène de résistance Ers1 porté par l’accession AG91-25. Nous avons dans un premier temps recherché les facteurs génétiques et moléculaires expliquant la spécificité de virulence sur tomate et aubergine. Parce que l’analyse des contraintes évolutives pesant sur les gènes d’avirulence bactériens peut informer sur la durabilité des gènes de résistance correspondants, nous avons cherché à identifier le ou les effecteurs impliqués dans l’avirulence sur Solanacées, pour évaluer leur distribution dans les populations de R.solanacearum, puis estimer les contraintes évolutives auxquels ils étaient soumis. Nous avons rapidement focalisé cette recherche sur les effecteurs de type III, en combinant des données de génomique et phénotypiques (virulence aubergine-tomate). Notre démarche a consisté à (i) identifier 25 effecteurs de type III (T3E) candidats à l’avirulence ou virulence sur aubergine-tomate-piment, par une démarche proche de la génétique d’association, (ii) valider par PCR spécifique leur association au phénotype d’avirulence sur aubergine. Nous avons ainsi observé que l’avirulence sur aubergine et tomate n’était pas expliquée par le répertoire d’effecteurs présents, mais par l’effet individuel d’une dizaine d’effecteurs qui pourraient être les interacteurs du gène de résistance Ers1 identifié chez l’aubergine. La validation de leur fonction d’avirulence est en cours actuellement grâce à une collaboration tripartite. Pour déterminer les bases génétiques du potentiel évolutif de R.solanacearum, nous avons identifié les forces évolutives majeures modelant ce complexe d’espèces par une approche MLSA. Nous avons ainsi démontré que la recombinaison était une force évolutive majeure chez cette bactérie, mais aussi que les différents phylotypes présentent des dynamiques évolutives très spécifiques. Les phylotype I et III semblent posséder le potentiel évolutif le plus élevé. Nos analyses de phylogéographie nous ont d’ailleurs amené à proposer un centre de diversification primaire en Indonésie (phylotype IV) et deux centres de diversification secondaire en Afrique de l’Est (divergence du phylotype I et III) et Amazonie (divergence du phylotype IIA et IIB). Nous sommes ensuite focalisés sur la dynamique d’adaptation du phylotype I, groupe pandémique très recombinogène et variable en virulences. Les paramètres de génétique des populations ont été estimés à l’aide de sets de marqueurs micro- et minisatellites (schémas MLVA) spécifiques de phylotype. Pour étudier les forces évolutives impliquées dans l’adaptation du phylotype I à une résistance variétale, nous avons mis en regard virulence et structuration génétique des populations en considérant plusieurs échelles : (i) l’échelle globale à régionale, (ii) l’échelle locale, au niveau de la parcelle. A l’échelle globale, la combinaison de génotypage MLVA et de typage de virulence a permis de montrer (i) une variabilité de virulence insoupçonnée, notamment en Afrique et Guyane, (ii) la préexistence dans la nature de souches déjà capables de contourner le gène Ers1, (iii) l’existence de lignées clonales hautement virulentes dont la dynamique de population est absolument à suivre dans les prochaines années. A l’échelle locale, nous avons suivi l’évolution d’une population pathogène en réponse à la culture répétée d’aubergines sensibles et résistantes, par une approche d’évolution expérimentale in situ en parcelle naturellement contaminée. Les variations de diversité et structuration génétique des populations suggèrent que des phénomènes d’adaptation locale à l’aubergine sont en cours, tandis que l’aubergine résistante semble avoir sélectionné des isolats plus agressifs mais entraîné une forte chute quantitative de populations, empêchant ainsi le contournement de résistance. De ce projet de recherche, alliant recherche des déterminants de l’interaction microorganisme-plante et génétique des populations, il émerge que l’explication claire d’un phénotype de virulence ne sera pleinement satisfaisante que lorsqu’on aura pris en compte les interactions entre gènes de virulence à l’échelle du génome entier. Par ailleurs, l’existence de souches à large spectre de virulence dans plusieurs zones naturelles, préexistant donc à une pression de sélection par un gène de résistance, amène à questionner les facteurs qui ont mené à leur émergence en zone cultivée. Une perspective intéressante de ce travail serait donc de s’attacher plus spécifiquement à reconstruire les routes d’invasion et les dynamique d’acquisition d’hôtes de bactérioses vasculaires, par une approche de génomique des populations cette fois.
Liste complète des métadonnées

Littérature citée [205 références]  Voir  Masquer  Télécharger

http://hal.cirad.fr/tel-01270021
Contributeur : Emmanuel Wicker <>
Soumis le : vendredi 5 février 2016 - 15:32:36
Dernière modification le : mercredi 7 février 2018 - 09:06:02
Document(s) archivé(s) le : samedi 12 novembre 2016 - 10:49:01

Identifiants

  • HAL Id : tel-01270021, version 1

Citation

Emmanuel Wicker. Mélodie en Sous-Sol- Ecologie, évolution et virulences de pathogènes telluriques . Bactériologie. Universite de la Reunion, 2015. 〈tel-01270021〉

Partager

Métriques

Consultations de la notice

264

Téléchargements de fichiers

1153