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Stage:172
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM)
Equipe d'accueil : Equipe d’accueil : Dynamisme des mécanismes de résistance des plantes et adaptation au réchauffement climatique (L. Deslandes/ LIPM)
Encadrant(e)(s) : Richard Berthomé // Téléphone : +33 (0)5 61 28 55 09 // Email : Richard.Berthome@toulouse.inra.fr
La majorité des modèles climatiques prédictifs actuels s’accordent sur un réchauffement global du climat. Les différents scénarios prévoient une migration des écosystèmes vers le nord avec des modifications importantes de la distribution géographique de nombreuses espèces dont les pathogènes [1]. De tels changements aggraveraient les risques d’épidémies et menaceraient l’accessibilité, la disponibilité, la qualité des ressources et la sécurité alimentaire mondiale [1, 2]. Ils auraient des conséquences désastreuses sur le développement des plantes cultivées et leur résistance aux pathogènes, provoquant une chute catastrophique des rendements [2]. En effet, les attaquent de pathogènes font partie des nombreux stress auxquels les plantes sont confrontées. Elles ont développé différents mécanismes de défense pour y faire face [5-6]. Leur identification et leur utilisation en amélioration variétale constitue d’ailleurs souvent le moyen le plus efficace de lutte contre certains pathogènes. Néanmoins, des données récentes montrent que les stress environnementaux, notamment des hausses permanentes de 3 à 5°C de la température, inhibent ces réponses [7-10]. Les mécanismes moléculaires impliqués restent très mal connus. De même, aucun mécanisme de résistance maintenu en condition d’élévation de température n’a été identifié à ce jour.
Afin d’étudier les mécanismes de réponse des plantes en contexte de stress multiples et comprendre comment une élévation de 3 à 5°C peut moduler l’issue des interactions plantes-microorganismes, un nouveau projet de recherche a été initié dans l’équipe « Dynamisme des mécanismes de résistance des plantes et adaptation au réchauffement climatique» dirigée par Laurent Deslandes. Le pathosystème Arabidopsis thaliana/Ralstonia solanacearum (Rs) est un bon modèle pour étudier ces mécanismes moléculaires. En effet, de nombreux outils génétiques, génomiques et de très nombreuses accessions naturelles sont disponibles pour A. thaliana. Rs est une des phytobactéries les plus dévastatrices au monde, infectant plus de 250 espèces dont certaines d’intérêt agronomique majeur (tomate, piment, aubergine). Un mécanisme de résistance à Rs a été identifié chez A. thaliana. Il implique l’effecteur PopP2 (protéine d’avirulence), injecté par la bactérie dans les cellules végétales, qui interagit avec la paire de protéines de résistance RRS1-R/RPS4 [11-13]. Cette paire de récepteurs recrute EDS1, acteur de la résistance basale des plantes, pour amplifier la réponse de défense à Rs[14]. Enfin, nos résultats montrent qu’une élévation permanente de 3°C inhibe cette réponse immunitaire et l’excès d’humidité ou une élévation de la température altèrent également les réponses de défense à Rs de la tomate [15].
Dans ce contexte, une étude expérimentale des interactions entre des accessions naturelles d’A. thaliana et Rs en condition d’élévation des conditions de cultures de 3°C a été initiée. Afin d'étudier la variabilité génétique de la réponse de défense, 176 accessions naturelles mondiales d’A. thaliana ont été inoculées avec la souche GMI1000 de Rs à 27°C et à 30°C. Une importante variation génétique a été détectée au niveau de la réponse phénotypique d’A. thaliana vis-à-vis Rs à 27°C, 5 jours et 10 jours après inoculation, cette variation étant beaucoup moins importante à 30°C. Ces résultats soulignent l’impact drastique d’une hausse modérée de la température sur les mécanismes de résistances mis en place par la plante. Néanmoins, une accession totalement résistante à Rs à 30°C a été identifiée. Une approche de Genome Wide Association (GWA) mapping [16] a été entreprise et a permis l’identification d’un QTL (Quantitative Trait Loci ou locus à caractères quantitatifs) majeur, spécifique de l’interaction A.thaliana/Rs à 30°C. Il semble associé à une réponse de défense précoce mise en place entre 4 à 5 jours après inoculation. Dans le but d’identifier les mécanismes moléculaires sous jacents à ce QTL et à la résistance totale à Rs d’une accession d’A.thaliana, deux approches ont été initées en parallèle : 1) identification des gènes situés dans la région génomique couverte par le QTL et responsables de la réponse de défense précoce à Rs à 30° C par génétique inverse, 2) cartographier finement et cloner le gène conférant une résistance à Rs à 30°C par l’étude d’une population F2 ségrégeante et séquençage.
L’objectif du stage de M2R sera donc de progresser sur ces deux approches en produisant et caractérisant le matériel végétal nécessaire. Plus particulièrement des mutants d’insertion dans les gènes correspondants à la région génomique couverte par le QTL seront caractérisés au niveau génétique (test de ségrégation) et moléculaire (génotypage par PCR) afin d’obtenir des lignées homozygotes. Ces lignées mutantes seront inoculées avec différentes souches de Rs à 30°C pour évaluer le niveau de résistance de chaque lignée, déterminer si cette résistance est dépendante de l’activité de PopP2 et identifier le(s) gène(s) imliqué(s) dans la résistance précoce à Rs. Parallèlement, l’étudiant produira une population recombinante F2 issue d’un croisement entre l’accession résistante à Rs à 30°C et l’accession sensible Ler-0. Il caractérisera notamment l’architecture génétique de la variabilité de résistance à Rs à 30°C de cette population. Enfin, en fonction du temps disponible, l’étudiant pourra participer à la caractérisation des mécanismes moléculaires à l’origine de l’inhibition de la réponse de défense d’A.thaliana à 30°C.
Différentes méthodes et techniques seront utilisées pendant le stage :
-Moléculaire : PCR, qRT-PCR, Western blot.
-Génétique : multiplication de plantes, semis in vitro de graines stérilisées pour l’étude de la ségrégation d’un marqueur de résistance.
-Phytopathologique : culture & inoculation de différentes souches de Rs, phénotypage de plantes infectées.
Références bibliographiques
1 Prowse et al. (2009). Ambio, 38(5):282-289.
2 Bita an Geratz (2013). Frontiers in Plant Sciences, 4 :1-18.
3 Atkinson et al.(2013). Plant Physiology, 162(4), 2028-2041.
4 Suzuki et al. (2014). New Phytologist doi: 10.1111/nph.12797
5 Nürnberger and Lipka (2005). Molecular Plant Pathology 6: 335–34
6 Dodds and Rathjen (2010). Nat Rev., 11:539-548.
7 Cheng et al (2013). Nat Commun., 4:2530.
8 Erickson et al (1999). Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci., 354:653-658.
9 Jablonska et al (2007). Plant Physiol., 143: 1044-1054.
10 Mang et al (2012). Plant Cell, 24:1271-1284.
11 Tasset et al. (2010). Plos Pathogen, 6(11): e1001202.
12 Le Roux et al. (2015). Cell, 161(5):1074-1088.
13 Sarris et al. (2015). Cell, 161(5):1089-1100.
14 Heidrich et al. (2011). Science, 334:1401-1404.
15 Hayward AC (1991). Annu Rev Phytopathol, 29:65-87.
16 Bergelson and Roux (2010). Nature Rewievs Genetics, 11: 867-879.