thesis

efpR, un gène stabilisateur des fonctions de virulence et du métabolisme de la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum

Defense date:

Dec. 14, 2018

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Institution:

Toulouse 3

Disciplines:

Abstract EN:

Ralstonia solanacearum is a bacterial plant pathogen responsible of the bacterial wilt disease on more than 250 plant species including agronomical crops such as potatoes, tomato and peanuts. It has been reported several times in the literature, the emergence of new pathogenic variants successfully able to infect and induce bacterial wilt disease on previously described resistant plants. To understand the molecular basis of R. solanacearum adaptation to its host, an evolution experiment has been performed in my host team. R. solanacearum has been kept during more than 300 bacterial generations into the stem of several plant species (susceptible, tolerant and resistant plants). At the end of the experiment, the in planta fitness of the derived clones has been tested compared to the ancestral WT strain, and more than 80% of the derived clones had a better fitness. Among them, 50 clones were re-sequenced. Interestingly, 6 independent mutations were found in the same gene of unknown function (renamed efpR), this strongly suggesting an evolutionary parallelism. Reverse genetics approaches confirmed that efpR was involved in the in planta fitness gain. The goals of my thesis were (1) to characterize the function of the efpR gene and (2) to better understand its role in the fitness gain of the bacterium. To do so, transcriptomic and metabolic analysis were performed followed by phenotypic validations. We demonstrated that EfpR is a global regulator of R. solanacearum controlling metabolic and virulence functions. We also demonstrated that all the mutations appeared during the evolution experiment were "loss of function" mutations, these mutations also induced a phenotypic heterogeneity phenomenon. Indeed, 2 types of colonies were observable on plates, one type similar to the colonies formed by the WT strain and another type less mucoid. We also highlighted another gene, the RSc3149 gene which is an efpR homolog involved in the phenotypic heterogeneity. Finaly, most of the efpR related phenotypes were strikingly similar of those associated with a well described regulator of the bacterium, the PhcA major regulator. We performed transcriptomic analysis of both regulons coupled with reporter gene fusions analysis to understand if there was a link between these two regulons and if we could position efpR in the regulatory network of R. solanacearum.[...]

Abstract FR:

Ralstonia solanacearum est une bactérie phytopathogène responsable du flétrissement bactérien chez plus de 250 espèces de plantes, dont des plantes à intérêt agronomique telles que la pomme de terre, la tomate ou encore l'arachide. Il a été observé à plusieurs reprises l'apparition de souches virulentes sur des hôtes précédemment décrits comme résistants. Afin de comprendre les bases moléculaires de l'adaptation à ses hôtes, une expérience d'évolution in planta a été réalisée dans mon équipe d'accueil. Pour cela, la souche GMI1000 de R. solanacearum a été maintenue dans la tige de plantes (variétés résistantes, sensibles ou tolérantes) pendant plus de 300 générations bactériennes. A la suite de cette expérience, il a été montré que plus de 80% des clones évolués présentaient un gain de fitness in planta par rapport à la souche ancestrale. Parmi 50 clones re- séquencés, 6 mutations indépendantes dans un même gène de fonction inconnue (renommé efpR) ont été observées, suggérant un fort parallélisme évolutif. L'implication de ces mutations dans le gain de fitness de la bactérie a été validée. Les objectifs de ma thèse ont été (1) de caractériser la fonction du gène efpR et (2) de mieux comprendre son implication dans le gain de fitness in planta de la bactérie. Des approches transcriptomiques et d'analyses métaboliques à haut débit (Biolog), couplées à des validations phénotypiques, ont permis de mettre en évidence que le gène efpR est un régulateur global à l'interface entre le métabolisme et la virulence. Nous avons aussi démontré que toutes les mutations apparues dans le gène efpR étaient des mutations 'perte de fonction' et que ces mutations induisaient un phénomène d'hétérogénéité phénotypique observable sur boite de pétri (2 types de colonies - 1 type sauvage et 1 type mutant). Nous avons mis en évidence un second gène RSc3149, homologue d'efpR, impliqué dans ce switch phénotypique. Le double mutant efpR-RSc3149 étant " verrouillé " dans la forme mutante, nous avons pu étudier l'avantage adaptatif pour la bactérie de générer de l'hétérogénéité phénotypique. [...]