Identification of resistance mechanisms to Ralstonia solanacearum and their characterization in Arabidopsis thaliana and tomato in a global warming context

Abstract

La population mondiale devrait atteindre neuf milliards de personnes en 2050, entrainant une augmentation de la demande de production agricole de 60 à 110% d’ici 2050. Les changements globaux sont prédits depuis plusieurs décennies mais il est maintenant possible d’en mesurer les impacts négatifs sur la production agricole mondiale. Une partie de ces effets est due à une incidence accrue des maladies des plantes, provoquée par l’élévation des températures moyennes à la surface du globe. En effet, la température est l'un des paramètres climatiques qui est prédit pour fluctuer le plus, entre 2,0 et 4,9°C d'ici 2100. La vie sessile des plantes les oblige à s'adapter et répondre aux conditions environnementales en activant des réponses spécifiques pour minimiser les dommages. Cependant, au champ, les plantes sont exposées à une multitude de stress simultanés. Des études récentes sur les interactions plante-pathogène-stress thermique montrent que les mécanismes intervenant dans les réponses des plantes sont uniques et complexes, conduisant à une altération de la majorité des résistances étudiées, quel que soit le pathosystème. Il est donc crucial d'identifier des sources de résistance robustes face à l'augmentation de température. Les pathosystèmes choisis pour cette étude impliquent la bactérie Ralstonia solanacearum en interaction avec Arabidopsis thaliana ou la Tomate. R. solanacearum, l'une des bactéries phytopathogènes les plus nocives, cause d'énormes pertes de rendement dans les cultures des régions tropicales, subtropicales et tempérées chaudes du monde entier. La résistance de la plante hôte à R. solanacearum reste la stratégie la plus efficace de lutte. Chez A. thaliana le principal mécanisme de résistance impliquant les gènes RPS4 / RRS1-R est inhibé par une élévation de température de 3°C. Chez la Tomate, deux QTLs de résistance majeure à R. solanacearum ont été identifiés, Bwr-6 et Bwr-12 ainsi qu’un cultivar tolérant ‘Hawaii 7996’. Une faible augmentation de la température rend aussi le cultivar ‘Hawaii 7996’ plus sensible. Jusqu’à présent, aucun autre cultivar plus résistant sous stress thermique n’a été identifié. Quelques gènes conférant une résistance stable en condition de températures élevées ont été identifiés, certains dans l'équipe. En effet, en explorant la diversité naturelle de la réponse à R. solanacearum à 27°C et 30°C d'une population mondiale d’accessions sauvages de A. thaliana grâce à une analyse d’association pangénomique (GWA), deux gènes, SLL4 et SLL5, ont été validés pour être impliqués dans la QDR à R. solanacearum à 30°C. Dans une expérience GWA indépendante, un autre QTL majeur correspondant au locus CESA3 a été détecté à 30°C. Le premier objectif de mon projet était donc de valider fonctionnellement d’autres gènes candidats dont CESA3 et de caractériser le rôle de CESA3 dans la réponse de la plante à R. solanacearum à 30°C. Nous avons démontré que CESA3 est impliqué dans la QDR à R. solanacearum à 30°C, mais aussi à 27°C, agissant comme un gène de sensibilité nécessaire à la pathogénicité la bactérie. Mes travaux suggèrent un rôle de la paroi primaire dans l'immunité des plantes, comme barrière passive ou comme un système permettant la reconnaissance des bactéries et l’induction d’une réponse de défense lors de l’interaction avec les bactéries. Le deuxième axe, conduit dans le cadre du projet BURNED, partenariat de recherche public-privé SYNGENTA/LIPM, avait pour objectif de développer la même approche de GWAS sur un panel de diversité composé de tomates sauvages échantillonnées en Amérique du Sud. Ce panel a été phénotypé pour sa réponse à R. solanacearum à 28°C et 32°C dans des conditions contrôlées, imitant l'élévation prévue dans le cadre du réchauffement global du climat. Le développement de la GWAS et ses optimisations ont permis d’identifier de nombreux QTLs prometteurs qui seraient impliquées dans les réponses de résistance de la tomate à R. solanacearum à température élevée.

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