Projet ANR-12-CHEX-0008 – FUNAPP : Nouveaux rôles des appressoria de champignons pathogènes dans leurs interactions avec les plantes: détection des signaux de la plante et transfert d'effecteurs protéiques et de métabolites secondaires fongiques dans les cellules hôtes
Programme : Chaires d’excellence (CHEX)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Richard O'CONNELL (BIOlogie et GEstion des Risques en agriculture - Champignons Pathogènes des Plantes)
Partenaires : Biologie Gestion des Risques en Agriculture
Montant : 880000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Nouveaux rôles des appressoria de champignons pathogènes dans leurs interactions avec les plantesAppressoria fongiques : rôles dans la détection des signaux végétaux et dans le transfert d'effecteurs protéiques et de métabolites secondaires dans les cellules hôtes
Enjeux et objectifsLes champignons phytopathogènes représentent une menace majeure pour la sécurité de l’alimentation mondiale. Par exemple, chaque année, 10 à 30 % des récoltes de riz sont détruites par les nécroses du champignon Magnaporthe oryzae. L’agent de l’anthracnose , Colletotrichum graminicola, cause quant à lui chaque année des dégâts aux cultures de maïs se chiffrant à près d’un milliard uniquement aux Etats-Unis. Colletotrichum et Magnaporthe utilisent des stratégies similaires pour infecter la plante hôte : un organe spécialisé, l’appressorium, est utilisé pour pénétrer les cellules vivantes dans lesquelles un hyphe intracellulaire pourra se développer. L’interaction entre C.  higginsianum et la plante modèle Arabidopsis, fournissent un système pour l’étude du pouvoir pathogène du champignon ou de la réponse immune de la plante. Nous avons montré précédemment que le transcriptome des appressoria de C. higginsianum subit de nombreuses reprogrammations en réponse au contact de la plante hôte en comparaison à une induction artificielle in vitro. Ceci suggère que les appressoria fonctionnent comme des organes sensitifs de signaux végétaux permettant ainsi à l’agent pathogène de préparer l’invasion de son hôte. Les appressoria semblent également apparaitre comme des plateformes de synthèse et de sécrétion de métabolites secondaires et d’effecteurs protéiques. Pour explorer le rôle des appressoria dans les premières étapes de l’infection, les objectifs spécifiques sont les suivants : (a) déterminer la séquence des événements cellulaires se déroulant durant la morphogénèse des appressoria et la pénétration des hyphes ; (b) découvrir les signaux perçus par les appressoria conduisant à une reprogrammation du transcriptome ; (c) définir un répertoire d’effecteur et leur contribution dans la virulence du champignon ; (d) lister les métabolites secondaires des appressoria, étudier leurs fonctions et déterminer comment ils sont régulés.
Méthodes et Approches•	Analyses des fonctions des genes du champignon pathogène par surexpression, mutagenèses dirigée et par insertion aléatoire.•	Expression in planta afin de détecter la suppression ou l’induction des réponses de défense de la plante par des effecteurs candidats.•	Analyses des métabolites secondaires fongiques par LC-MS, NMR.•	Analyses du profil d’expression des gènes fongiques par RT-qPCR et séquençage d’ARN.•	Localisation des protéines d’appressorium sécrétée in planta en utilisant des protéines tagguées et par immunocytochimie ; epi-fluorescence et microscopie confocale ; microscopie électronique à transmission, cryo-fixation et freeze-substitution.•	Séquençage de génome, assemblage et annotation de gènes, prédiction d’effecteurs, ensemble de gènes du métabolisme secondaire, génomique comparative pour l’identification d’effecteurs hôte-spécifique.•	Utilisation d’une souche fongique  fluorescente pour l’identification des signaux végétaux reprogrammant l’expression des gènes du champignon pathogène.
Résumé de la soumission : Les champignons pathogènes sont un danger majeur de la sécurité nutritive mondiale. Par exemple, 10 à 30 % de la récolte du riz sont détruits chaque année par Magnaporthe oryzae. Également, l’agent de l’anthracnose Colletrotrichum graminicola cause de pertes annuelles dans le riz qui montent à 1 milliards de dollars aux ètats-Unis uniquement. Colletotrichum et Magnaporthe employent des stratégies semblables afin de pénétrer les plantes hôtes : un organ spécialisé, l’appressorium, est utilisé afin pénétrer les cellules vivantes de l’hôte où des hyphes intracellulaires se développent ultérieurement.L’interaction entre Colletotrichum higginsianum, agent pathogène de Brassica et la plante modèle Arabidopsis offre un système modèle génétique permettant d’étudier la pathogénicité fongique ainsi que les responses immunologiques de la plante hôte. Récemment, notre recherche a démontrée que le transcriptome des appressories de C. higginsianum est soumis à de réprogrammations majeurs au conatct avec la plante hôte. Par contre, ces réprogrammations ne sont pas observés au contact aves des surfaces artificielles. Ceci suggère que les appressories jouent un rôle en tant qu’organe sensitifs des signaux de la plante hôte permettant au pathogène de se préparer à l’attaque de la plante hôte.En outre, les appressoria semblent d’être des usines de synthèse et de la sécrétion d’une grande gamme de métabolites secondaires et de protéines effecteures. Un pore à très petite échelle (diamètre de 200nm) à la base de l’appressorium pourrait servir comme interface permettant au pathogène la perception de l’hôte ainsi que la délivraison focalisée aux cellules de la plante hôte d’effecteurs et d’autres petites molécules.Basant sur ces données nouvelles, ce projet de recherche va utiliser une combinaison d’approches génétiques, génomiques et cellulaires afin d’étudier le rôle de l’appressorium dans les premières étappes du processus infectueux. La recherche sera centrée aux protéines secrétées et aux métabolites secondaires produits par l’appressorium, à la nature de signaux de la plante-hôte et à leur perception.
Résultats : Tous les équipements ont été achetés et quatre collaborateurs ont été recrutés (2 post-doc, 1 ingénieur et 1 doctorant). De nouveaux bureaux et espaces de laboratoires ont été organisés à BIOGER et équipés. Les premiers résulatats obtenus durant les quatre premiers mois du projet ont été décrits dans le rapport confidentiel.
Perspectives : La perception des signaux de la plante hôte précédent l’invasion par le pathogène est un phénomène largement répandu dans la nature, potentiellement présent dans les maladies humaines, et son inhibition peut mener à un arrêt total de l’infection. Une meilleure compréhension de la perception de l’hôte par les champignons phytopathogènes, de la morphogénèse due à l’infection, du développement précoce d’armes moléculaires comme les effecteurs protéiques ou métaboliques, est nécessaire pour la mise en place de nouvelles stratégies de contrôle de nombreuses maladies de cultures à fort impact économiques, comme l’élaboration de nouveaux fongicides ou l’identification de nouveaux critères de sélection de plantes résistantes.
Publications et brevets : Ne s’applique pas au rapport de six mois.