Exploitation de la variabilité de la résistance quantiattive aux agents pathogènes pour l'amélioration de la tolérance aux maladies des espèces cultivées – RIPOSTE
Sur la base de l'identification récente de RKS1, gène de résistance quantitative (QDR) chez Arabidopsis thaliana (i) conférant une résistance à large spectre à différentes races et pathovars de la bactérie pathogène Xanthomonas campestris (Xc) et (ii) sous sélection balancée avec le maintien d'un polymorphisme ancien dans les populations naturelles, les objectifs et approches du projet RIPOSTE sont:
(i) d'intégrer notre connaissance récente de la QDR dépendante de RKS1 active contre Xc dans les voies actuellement connues chez les plantes et conduisant à la résistance. Pour tester si les voies RKS1-dépendantes opèrent indépendamment ou au travers de voies communes avec d'autres formes de résistance, le projet combinera différentes méthodologies complémentaires: analyses transcriptomiques, mapping-by-seqeuncing, reséquençage profond (dCARE), recherche d'interacteurs protéiques par double hybride, technique FRET-FLIM.
(ii) Pour élucider les forces conduisant au maintien du polymorphisme de RKS1, en (1) estimant le coût/bénéfice selon un gradient d'inoculum en utilisant une approche innovante d'évolution expérimentale , et (2) en développant des modèles réalistes pour comprendre et prédire les dynamiques adaptatives des allèles de QDR dans les populations naturelles par des modèles analytiques et des simulations objet-centrées. Cette partie du projet évaluera la possibilité de l'utilisation de RKS1 (et autres gènes identifiés dans le projet) pour la gestion des maladies chez les plantes cultivées.
(iii) Pour améliorer trois plantes d'intérêt agronomique (Brassica, tomate et piment) pour leur résistance durable et large spectre à Xc, en utilisant des méthodes complémentaires pour identifier des homologues de RKS1 et des autres gènes qui seront identifiés: phyllogènie et synténie, criblage de lignées tilling, cartogarphie d'association pour des gènes candidats.
Tache1A: pour la validation moléculaire du rôle putatif de la région régulatrice/des polymorphismes responsables de la résistance/sensibilité, toutes les constructions par swapping des promoteurs, , ORFs et régions 5’ UTR des allèles résistants et sensibles de RKS1, ont été générées, et sont en cours de test par complémentation du mutant rks1-1.Tache1B: Le phenotype associé au mutant pad-1 résulte d'un seul gène nucléaire alors que le phénotype associé à la mutation eds-8 semble résulter de 2 gènes co-dominants. Le phenotypage de 1200 F2 plantes en segregation est en cours. Tache 1C: Les analyses statistiques des données transcriptomiques antérieurement obtenues ont été achevées. Une liste de 28 gènes candidats a d'abord été générée, 121 mutants commandés à partir desquels 35 ont été testés pour leur réponse à Xcc. Actuellement, 26 mutants (correspondant à 17 gènes candidats) montrent un phénotype altéré en réponse à Xcc.Tache 1D. Pour l'identification d'interacteurs de RKS1, un crible en système 2 hybride a été récemment réalisé en utilisant un banque d'ADNc d' A. thaliana infecté avec Xcc 147. Après un premier round de criblage, 72 clones ont été identifiés et sequencés. Cinq sont en cours de validation.
Tache 2:Huit lignées dérégulées pour RKS1ont été cultivées en absence et en présence du compétiteur Poa annua selon un gradient d' infection avec Xcc568. Le phénotypage de plus de 20 traits phénotypiques adaptatifs est en cours.
Tâche 3. La construction de modèle coévolution entre résistance quantitative et virulence dans une population isolée a démarré. Tache 4. Des gènes candidats homologues de RKS1 chez le chou-fleur et la tomate ont été identifié par comparaison de séquences (BLAST) analyses phylogénétiques. Comme prévu dans le projet, les résultats obtenus pour la tomate seront utilisés pour identifier le candidat chez le piment. Un gène candidat de tomate a été transmis au partenaire 2 pour des analyses tilling (tache4B).
Chacune des taches sera poursuivie selon le plan indiqué dans le projet.
1. Roux, F. and J. Bergelson. 2016. The genetics underlying natural variation in the biotic interactions of Arabidopsis thaliana: the challenges of linking evolutionary genetics and community ecology. Current Topics in Developmental Biology (in press).
Les pertes agronomiques dues aux bioagresseurs créent une contrainte majeure pour la sécurité alimentaire. En outre, la demande croissante d’une alimentation durable conduit à la nécessité de réduire notre dépendance vis-à-vis des pesticides et implique la recherche d’alternatives pour le contrôle des maladies. Au cours des dernières années, l’importance et la complexité des voies de perception de l’agent pathogène et de signalisation sont apparues clairement dans la régulation et l’exécution de la réponse immune des plantes. Notamment, l’immunité médiée par les gènes de type R a été montrée comme la forme la plus efficace de résistance chez les plantes, mais aussi une forme de résistance peu durable. Ainsi, une attention croissante s’est développée pour d’autres formes de résistance dans un objectif d’amélioration des plantes, telles la résistance quantitative, mais pour lesquelles les connaissances sont encore très limitées. De plus, la gestion de la résistance dans un contexte d’évolution des maladies doit prendre en compte le fait que l’investissement de la plante dans la réponse immunitaire implique un trade-off avec la « fitness » de la plante de façon complexe. Ainsi, pour augmenter la tolérance aux stress de la plante et maintenir dans le même temps sa productivité en termes de rendement et biomasse, il est nécessaire de (i) comprendre la diversité moléculaire des résistances, (ii) identifier les « nœuds » contrôlant l’entrée ou le rejet du bioagresseur, (iii) établir le trade-off coût/bénéfice associé à l’expression des défenses, (iv) proposer de nouvelles stratégies pour maintenir une résistance durable dans un contexte d’agro-écosystème et (v) transférer ces connaissances vers les espèces agronomiques.
En combinant les expertises de trois équipes de recherche publiques et d’un partenaire industriel ayant tous un intérêt commun dans l’identification de mécanismes de résistance et de promouvoir leur durabilité dans un contexte d’agro-écosystème, ce projet exploitera la diversité génétique de la Résistance Quantitative (QDR, Quantitative Disease Resistance) pour identifier des sources possibles de tolérance à la maladie dans la plante modèle (Arabidopsis thaliana) et dans des plantes d’intérêt agronomique (Brassica, Piment et Tomate). Le projet est basé sur l’identification récente par les partenaires 1 et 2 du gène RKS1 par clonage positionnel et Genome Wide Association mapping d’un QTL majeur chez A. thaliana conférant la résistance à Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), une bactérie pathogène infectant le système vasculaire des plantes et causant la pourriture noire, l’une des maladies les plus dévastatrices des Crucifères. Dans le WP1, des connaissances seront acquises sur l’intégration de RKS1dans les voies conduisant à la résistance déjà connues chez les plantes, et sur la caractérisation des voies régulant et régulées par, RKS1. L’élucidation des forces évolutives favorisant le maintien du polymorphisme de RKS1 dans les populations naturelles en (i) estimant les trade-offs coût/bénéfice selon une gamme d’intensités d’infection (WP2), et (ii) développant des modèles réalistes pour comprendre et prédire les dynamiques adaptatives des allèles de résistance dans les populations naturelles (WP3), permettra d’évaluer la pertinence du gène RKS1 (et d’autres gènes identifiés dans le WP1) pour des applications dans des espèces agronomiques. Finalement, RKS1 et d’autres gènes candidats seront ensuite directement testés et ce, à haut débit, et à travers une approche non OGM, pour leur valeur potentielle (allèles et orthologues) pour le contrôle des agents pathogènes dans la Tomate, le Piment et Brassica dans les programmes d’amélioration (WP4).
Au travers d’actions coordonnées en recherche fondamentale et appliquée, ce projet contribuera à prédire des systèmes de protection robustes dans lesquels la tolérance aux agents pathogènes n’a pas (ou peu) d’impacts sur d’autres traits tels que la productivité végétale.
Coordination du projet
Dominique ROBY (Laboratoire des Interactions Plantes Micro-Organismes)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenaire
VILMORIN & CIE
EDB UMR CNRS-UPS-ENFA 5174 Laboratoire Evolution et Diversité Biologique
LIPM CNRS INRA Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes
LIPM CNRS INRA Laboratoire des Interactions Plantes Micro-Organismes
Aide de l'ANR 495 876 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2014
- 48 Mois
