Soutenance mémoire
Le genre bactérien Dickeya et Pectobacterium
Taxinomie
Les bactéries pectinolytiques du genre Dickeya et Pectobacterium sont des bacilles de la famille des Enterobacteriaceae. Elles sont anaérobies facultatives et munies de flagelles péritriches (Charkowski, 2006). Ces phytopathogènes provoquent le flétrissement, la pourriture de la tige et la maladie de la pourriture molle sur de nombreuses cultures. Elles se distinguent des autres entérobactéries pathogènes par les nombreuses enzymes de dégradation de la paroi cellulaire végétale qu’elles produisent. Au cours des dernières décennies, les entérobactéries qui causaient la maladie de la pourriture molle étaient classées dans le genre Erwinia (Winslow et al., 1920).
Après la première proposition de Waldee en 1942, des travaux de phylogénie, basés sur des données d’hybridation ADN-ADN, la sérologie, les caractéristiques phénotypiques et biochimiques, ainsi que l’analyse des séquences ADN (Hauben et al., 1998; Kwon et al., 1997) ont conduit à un changement de nomenclature des Erwinia pectinolytiques vers le genre Pectobacterium. Cependant, les avancées scientifiques en taxinomie ont permis l’obtention d’une nouvelle nomenclature reclassifiant ainsi les Pectobacterium en deux genres distincts : les Pectobacterium chrysanthemi deviennent les Dickeya et les Pectobacterium carotovorum deviennent les Pectobacterium (Samson et al., 2005). In fine, cette classification est maintenue avec plusieurs espèces et sous espèces. Le genre Dickeya est très diversifié avec de nombreuses espèces divisées en différents pathovars et biovars (Charkowski, 2006; Nassar et al., 1996). Les principales espèces de Dickeya associées à la pourriture molle de la pomme de terre sont D. dianthicola, D. dadantii, D. paradisiaca, D. chrysanthemi et D. zeae (Samson et al., 2005). Récemment, une nouvelle espèce émergente, D. solani a été identifiée dans plusieurs pays européens (Toth et al., 2011).
Génomes
Aujourd’hui, le génome de nombreuses souches de Dickeya a été séquencé et sont disponibles sur NCBI (Khayi et al., 2014; Leighton Pritchard et al., 2013; Raoul Des Essarts et al., 2015). Ces séquences montrent que la taille des génomes des entérobactéries du genre Dickeya ne dépasse pas les 5 Méga bases et que chaque espèce dispose d’un core-génome largement conservé. Peu de génomes de Dickeya contiennent des éléments plasmidiques (Khayi et al., 2015; L. Pritchard et al., 2013). La séquence du génome de la souche type de D. solani a récemment été publiée et révèle un chromosome circulaire unique de 4,9 Mb et un pourcentage en GC approchant les 56%. L’annotation prédit 4208 gènes incluant 4059 séquences codantes, 104 gènes ARN et 45 pseudo-gènes (Khayi et al., 2016). Les arbres phylogénétiques construits à aprtir des séquences du gène fliC montrent une proximité forte entre les différentes espèces de Dickeya (van Vaerenbergh et al., 2012). Des études de génomique comparative ont révélé que 3700 gènes sont conservés entre D. solani 3337 et D. dadantii 3937, incluant les gènes de virulence (Pédron et al., 2014). Moins de 100 variations (SNPs/InDels) entre les génomes d’une population de D. solani ont été détectées lors d’une étude récente et la présence de transferts horizontaux inter et intraspécifique de gènes a été rapportée prouvant la plasticité des génomes du genre Dickeya (Khayi et al., 2015).
Epidémiologie
Les maladies de la jambe noire et de la pourriture molle
Les bactéries pathogènes du genre Dickeya sont difficilement contrôlables en raison de leur capacité de persistance dans les sols ou de latence asymptomatique sur le tubercule mère. Elles peuvent ainsi être répandues par plusieurs vecteurs comme les eaux d’irrigation ou les insectes. Lorsque les conditions environnementales deviennent favorables (température, humidité) elles peuvent se multiplier et infecter rapidement les plantes ou les tubercules (Pérombelon, 2002). Ces pathogènes disposent d’un arsenal enzymatique important regroupant des pectinases, des cellulases, des protéases et des xylanases capables de dégrader la paroi végétale et causer ainsi les maladies de la jambe noire et de la pourriture molle (Charkowski, 2006). Les symptômes de la maladie s’expriment en végétation et/ou en stockage. En végétation, un manque de levée, résultant de la pourriture précoce du tubercule semence ou de l’attaque des germes avant ou lors de l’émergence peut s’observer rapidement après plantation (Pérombelon et al., 1988). Le symptôme le plus typique est celui de la jambe noire sur tige , variant d’une pourriture humide brun foncée à noire de la base des tiges, à des nécroses plus ou moins sèches. Ce symptôme est provoqué par les bactéries, qui une après avoir attaqué le tubercule mère, remontent jusqu’à la tige, l’envahissent et la dégradent grâce à leur activité pectinolytique (Pérombelon, Kelman, 1987). Dans certains cas seule des nécroses internes suivies d’un phénomène de « tiges creuses » se développent. Des jaunissements et/ou flétrissement du feuillage peuvent être associés à la jambe noire et sont favorisé par des conditions climatiques chaudes et sèches (Hélias, 2008). Les symptômes peuvent se présenter sur une seule tige de la plante comme sur plusieurs et peuvent ou non être associés entre eux. Les tubercules peuvent aussi présenter des symptômes qui se développent pendant la culture ou durant le stockage. Ces symptômes se traduisent par des pourritures molles et humides du tubercule, très souvent nauséabondes . En conservation, les pourritures molles peuvent entraîner la contamination rapide des tubercules avoisinants. Dans le cas d’attaques localisées aux lenticelles, les pourritures sont qualifiées de lenticellaires . Un séchage adéquat des tubercules peut toutefois bloquer leur développement (Hélias, 2008).
Emergence et distribution des Dickeya spp
Avant les années 1970, les Pectobacterium étaient les uniques responsables de la maladie de la jambe noire en France. La plupart des souches de Dickeya sont considérées comme adaptées aux températures élevées et sont donc fréquentes dans les climats chauds et tropicaux. Cependant, depuis environ 40 ans, D. dianthicola est aussi associée aux maladies de la jambe noire et de la pourriture molle sur les plants de pommes de terre en Europe. En conséquence les isolats européens de D. dianthicola sont donc considérés comme adaptés à un climat plus frais. Au cours de la dernière décennie, des souches de Dickeya appartenant à un nouveau clade ont été isolées de plants de pomme de terre malades dans de nombreux pays. En 2004-2005, des souches de Dickeya atypiques ont été identifiées en Finlande à partir de plants de pommes de terre présentant des symptômes de pourriture et de flétrissement de la tige et des tubercules présentant une pourriture (Laurila et al., 2008). Des souches de Dickeya similaires ont été identifiées après 2005 à partir de plantes symptomatiques dans plusieurs pays européens (Sławiak et al., 2009), en Israël (Tsror et al., 2009) et en Géorgie (Tsror Lahkim et al., 2011). Ces souches ont été décrites comme une nouvelle espèce appelée Dickeya solani (J. M. van der Wolf et al., 2014). Des souches similaires ont été identifiées à partir de plantes ornementales aux Pays-Bas, ce qui a conduit à l’hypothèse que D. solani est passé des plantes ornementales à la pomme de terre aux Pays-Bas, et il se répand maintenant avec des tubercules de pommes de terre (Toth et al., 2011). Aujourd’hui, les pathologies à Dickeya sévissent partout dans le monde, essentiellement en zones tropicales et subtropicales, mais sont aussi retrouvées dans les régions tempérées comme l’Europe .
Distribution des hôtes de Dickeya spp
Les bactéries du genre Dickeya sont pathogènes d’un grand nombre de plantes, comprenant 16 familles de dicotylédones et 10 familles de monocotylédones, avec comme hôtes remarquables la banane, le maïs, la pomme de terre et la tomate (Ma et al., 2007; Samson et al., 2005). Outre les plantes d’intérêts agronomiques majeurs, les Dickeya toutes espèces confondues s’attaquent à de nombreuses plantes ornementales (ex. chrysanthème). La pourriture des bulbes causée par les Dickeya, et notamment D. zeae est l’une des maladies majeures rencontrée sur les jacinthes entrainant des pertes économiques importantes aux Pays-Bas (Jafra et al., 2009) .
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : Introduction Générale
1. Le genre bactérien Dickeya et Pectobacterium
1.1. Taxinomie
1.2. Génomes
2. Epidémiologie
2.1. Les maladies de la jambe noire et de la pourriture molle
2.2. Emergence et distribution des Dickeya spp
2.3. Distribution des hôtes de Dickeya spp
3. Pouvoir pathogène et processus infectieux
3.1. Voie d’entrée et processus infectieux des Dickeya
3.2. Déterminants de la virulence
3.2.1. Les enzymes de dégradation de la paroi végétale
3.2.2. Les systèmes de sécrétion
3.2.3. La mobilité et le chimiotactisme
3.2.4. Production de sidérophores
3.2.5. Autres facteurs de virulence
3.3. Régulation de la virulence
3.4. Quorum sensing chez Dickeya
3.5. Bilan sur la pathogénie des Dickeya
4. Adaptation de la bactérie à son environnement
4.1. Adaptation à l’environnement acide et aux peptides anti-microbiens
4.2. Adaptation aux conditions d’anaérobiose dans les tissus végétaux
4.3. Adaptation aux ROS produits par la plante en réponse à l’infection
4.4. Adaptation au stress osmotique résultant de la lyse des cellules végétales
4.5. Le transfert horizontal de gènes
5. Invasion biologique : terminologie et définitions
5.1. Concept d’envahisseur
5.2. Concept d’établissement d’une communauté
5.3. Conséquence de l’invasion
Objectifs de thèse
Chapitre II : Répartition des populations pathogènes au sein de parcelles – Problématique de distribution
1. Contexte scientifique
2. Présentation des travaux
3. Contributions
4. Materials and Methods
5. Results
6. Discussion
Chapitre III : Pathogénicité, compétition et exploitation de la niche écologique chez D. dianthicola et D. solani
1. Contexte scientifique
2. Présentation des travaux
3. Contributions
4. Material and methods
5. Results
6. Discussion
Chapitre IV : Expression des fonctions de virulence et exploitation de la niche des D. dianthicola et D. solani
Partie 1 : Etude de l’expression des gènes associés à la virulence
1. Contexte scientifique
2. Présentation des travaux
3. Contributions
4. Material and methods
5. Results
6. Discussion
Partie 2 : Etude du transcriptome de D. solani
1. Contexte scientifique
2. Présentation des travaux
3. Contributions
4. Material and methods
5. Results
6. Discussion
Chapitre V : Discussion générale et perspectives
CONCLUSION
Références Bibliographiques
Annexes
