Projet ANR-12-JSV6-0004 – APHANO-Effect : Analyse génomique d’une nouvelle famille d’effecteurs d’oomycètes transloqués dans les cellules végétales: rôle dans l'adaptation à l'hôte et la pathogénie chez le parasite racinaire de légumineuses Aphanomyces euteiches
Programme : JCJC - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (JCJC SVSE 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Elodie GAULIN (Université Paul Sabatier Toulouse 3 - Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales)
Partenaires : Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales
Montant : 228000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Comment les oomycètes, simili-champignons, font ils pour interagir avec des végétaux et des animaux ?Le projet APHAN-Effect focalisé sur le genre Aphanomyces, vise a comprendre via des approches complémentaires (génomique, bioinformatique, biologie moléculaire) comment les microorganismes du type oomycète sont capables de coloniser des hôtes aussi différents que les végétaux et les animaux.
Peut-on, à terme, lutter efficacement contre les oomycètes en décryptant leurs génomes ?Les oomycètes causent d’importants dégâts sur les plantes et les animaux et les moyens de lutte efficaces font actuellement défaut. Il est maintenant possible de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui permettent aux oomycètes de coloniser efficacement leurs hôtes, notamment en décryptant leurs génomes. APHAN-Effect centré sur le genre Aphanomyces vise à dresser le répertoire des protéines intervenant dans le pouvoir pathogène, et d'évaluer leurs rôles au cours de l'interaction avec l'hôte.
Une combinaison d’approches in silico et moléculairesL'idée d'APHAN-Effect est de décoder le génome de différentes espèces d'Aphanomyces capables d'interagir avec des plantes ou des animaux, puis par des analyses in silico d'identifier les acteurs du pouvoir pathogène, en se focalisant sur les effecteurs de type Crinklers (CRN). Des analyses moléculaires seront réalisées afin de valider les prédictions in silico et préciser le rôle joué par les effecteurs identifiés.
Résumé de la soumission : Les oomycètes sont des microorganismes eucaryotes filamenteux distincts des champignons, proches des diatomées et des algues brunes. Ils sont à l'origine de maladies dévastatrices sur les plantes cultivées mais également sur des organismes dans leurs milieux naturels. Les moyens de lutte contre les oomycètes font actuellement défaut, compte tenu de leurs caractéristiques biologiques distinctes de celles des champignons. L'analyse des génomes d'oomycètes ont révélé deux larges familles de protéines jouant un rôle dans le pouvoir pathogène. Ces protéines, appelées effecteurs, sont transloquées dans les cellules végétales et possèdent une extrémité amino-terminale impliquée dans leur transfert et une extrémité carboxyterminale divergente interagissant avec des cibles cellulaires. L'interaction des effecteurs avec leurs cibles provoque une modification de processus cellulaires au bénéfice du parasite, comme par exemple une suppression des défenses immunitaires. Les effecteurs sont classées en fonction du signal de translocation de type “RXLR“ ou “LXLFLAK“, ces derniers étant appelées également CRNs (Crinkling and Necrosis). Les effecteurs RXLR sont restreints aux Peronosporales (Phytophthora) alors que les gènes CRN sont présents chez les Peronosporales et chez des espèces appartenant au groupe distinct des Saprolegniales. Nous étudions les effecteurs d'un parasite racinaire de légumineuses, Aphanomyces euteiches, pour lequel un pathosystème avec la plante modèle Medicago truncatula a été mis en place. Le genre Aphanomyces appartient au groupe des Saprolegniales et comprend des espèces parasites de plantes (légumineuses, betteraves…), d’animaux (crustacés, poissons...) ainsi que des espèces saprophytes. L’analyse du transcriptome d'A. euteiches, a révélé deux type d'effecteurs CRN (AeCRN5 et AeCRN13) présentant un motif de translocation LXLYLALK proche de celui des CRNs de Phytophthora. Nous avons montré que ce motif permet la translocation d'AeCRN5, qui est dirigé vers le noyau des cellules végétales grâce à un site de localisation nucléaire. En tirant partie des avantages et de l'originalité de notre modèle biologique (diversité d'hôtes d'Aphanomyces sp., plante modèle interagissant avec des microorganismes pathogènes et symbiotiques) les objectifs principaux du projet APHANO-Effect sont 1) d’évaluer le rôle des CRN dans l’adaptation du pathogène à l’hôte en caractérisant et en comparant le répertoire des CRN chez des espèces d’Aphanomyces parasites de plantes et d’animaux, 2) de rechercher les cibles végétales des CRN en utilisant comme modèle la légumineuse Medicago truncatula et 3) d'étudier l'impact des CRN sur la mise en place des défenses immunitaires et l'interaction des racines avec les microorganismes pathogènes et symbiotiques présents dans la rhizosphère. Le premier draft du génome d'A. euteiches, (69Mb) que nous avons obtenu récemment en partenariat avec le Génoscope, servira de référence pour pour réaliser une analyse transcriptomique de CRN par une approche globale basée sur des données de RNA-Seq de souches d'Aphanomyces spécifiques d'hôtes variés (différentes plantes et animaux). Les cibles végétales des CRN (objectif 2) seront recherchés chez la plante hôte M. truncatula par deux approches complémentaires, de double-hybride chez la levure et d'immunoprécipitation après expression des gènes CRN in planta. Enfin l'impact des CRN sur la perception des microorganismes de la rhizosphère (objectif 3) sera évalué en étudiant les réponses des racines exprimant les CRN à des signaux émis par A. euteiches (chitosaccharides) et des microorganismes symbiotiques (facteurs Nod) ainsi qu'après inoculation par les microorganismes. En exploitant un modèle biologique original, APHANO-Effect focalisé sur les CRNs permettra d'identifier de nouveaux acteurs du pouvoir pathogène des oomycètes et offrira un jeu de données important  pour caractériser d'autres acteurs clés impliqués dans l'adaptation de ces parasites à leurs hôtes.
Résultats : Les différentes espèces d'Aphanomyces (zoo, phyto et non pathogènes) sont actuellement en cours de séquençage. Des outils de bioinformatique requis pour l’analyse in silico des données ont été mis en place. Les premières expériences moléculaires ont été initiées sur 2 protéines d’A. euteiches, susceptible d’avoir un rôle crucial au cours de l’infection racinaire de légumineuse comme le pois ou la luzerne.
Perspectives : La connaissance du répertoire d’effecteurs communs et distincts d’ oomycètes pathogènes de plantes et/ou d’animaux revêt un caractère essentiel pour le développement a terme de moyens de lutte efficace contre ces parasites. Par ailleurs ce projet devrait permettre d’approfondir nos connaissances fondamentales dans les mécanismes d’adaptation à l’hôte chez les microorganismes eucaryotes filamenteux.
Publications et brevets : Les données générées dans le projet APHAN-Effect seront présentées au cours de conférences scientifiques nationales et internationales, et publiées sous forme d’articles scientifiques dans des journaux spécialisés et/ou grand public. Certaines données seront utilisées pour réaliser des enseignements auprès d’étudiants de Licence et Master de l’Université de Toulouse. Enfin une interface web, regroupant toutes les données sera mise à disposition de la communauté.