Role and mode of action of the immunity protein Ptr in rice blast resistance | Rôle et mode d'action de la protéine Ptr dans la résistance du riz à la maladie de la Pyriculariose

anglais. Since the global population is projected to increase tremendously in few decades, it is necessary to increase global crop production to meet growing food demand. However, a significant obstacle to this goal is the persistent threat of crop diseases, particularly fungal diseases, which result in substantial yield losses, decreased crop quality, elevated production costs, and significant economic impacts. Fungal pathogens have evolved complex strategies to invade plant hosts and cause severe crop epidemics and annual losses. Blast disease caused by the fungus Magnaporthe oryzae is one of the most devastating rice diseases. To secure rice production from losses by blast, disease resistance genes are critical. Pi-ta and Pi-ta2 are widely used blast resistance genes. Published work reports that Pi-ta codes for a nucleotide-binding and leucine-rich repeat protein (NLR) named NLR Pi-ta and recognizes the fungal protease-like effector AVR-Pita by direct physical interaction between the effector and the LRR domain of NLR Pi-ta. However, the recent cloning of Pi-ta2, which also detects AVR-Pita, challenged this model. Indeed, Pi-ta2 codes for a specific allele of the rice protein Ptr, which is a membrane protein with a cytoplasmic armadillo repeat (ARM) domain, raising the question how Ptr and NLR Pi-ta interact in AVR-Pita detection.Using NLR Pi-ta and Ptr RNAi knock-down and CRIPSR-Cas9 mutant rice lines, we found that AVR-Pita recognition relies only on Ptr and that the NLR Pi-ta has no apparent role in Pi-ta resistance. Moreover, yeast two hybrid (Y2H) analysis and co-immunoprécipitation (CoIP) assay showed no association between NLR Pi-ta and AVR-Pita. Analysis of the natural diversity of AVR-Pita showed that different alleles of Ptr have different recognition specificities. While the allele B of Ptr recognizes only a restricted set of AVR-Pita alleles, the allele A of Ptr has a broader recognition spectrum and seems to detect all natural sequence variants of AVR-Pita. We confirmed the escape of certain AVR-Pita alleles from detection by PtrB using mutant and transgenic isolates of the fungus and identified one specific polymorphism that controls the breakdown of PtrB-mediated resistance. Nevertheless, I could not detect the association between AVR-Pita and Ptr in Nicotiana benthamiana CoIP assays. Cell death assays in N. benthamiana showed that PtrB has the capacity to activate immunity in this heterologous model system, but AVR-Pita did not activate PtrB-dependent cell death in N. benthamiana assays. However, a preliminary experiment suggests that a transient rice protoplast cell death assay recapitulates the detection of AVR-Pita by Ptr.Future work will focus on, the investigation of the activity and the function of AVR-Pita and Ptr and the molecular bases of their interaction to better understand this unique pathogen recognition system. Taken together our work establishes that the NLR Pi-ta has no function in Pi-ta resistance and the recognition of the M. oryzae effector AVR-Pita. More importantly, our work provides a framework for the allele specific recognition of AVR-Pita by the unique non-conventional resistance protein Ptr, and, thereby, provides new opportunities for developing broad-spectrum blast resistance in rice.

français. Étant donné que la population mondiale est projetée pour augmenter considérablement dans les prochaines décennies, il est nécessaire d'augmenter la production mondiale de cultures pour répondre à la demande croissante en alimentation. Cependant, un obstacle significatif à cet objectif est la menace persistante des maladies des cultures, en particulier les maladies fongiques, qui entraînent des pertes de rendement importantes, une baisse de la qualité des cultures, des coûts de production élevés et des impacts économiques significatifs. Les agents pathogènes fongiques ont évolué avec des stratégies complexes pour envahir les plantes hôtes et provoquer des épidémies graves de cultures et des pertes annuelles.La maladie de la pyriculariose, causée par le champignon Magnaporthe oryzae, est l'une des maladies du riz les plus dévastatrices. Pour protéger la production de riz contre les pertes causées par la pyriculariose, les gènes de résistance à la maladie sont cruciaux. Pi-ta et Pi-ta2 sont des gènes de résistance à la pyriculariose largement utilisés. Des travaux publiés indiquent que Pi-ta code pour une protéine de liaison aux nucléotides et riche en leucine (NLR) appelée NLR Pi-ta, qui reconnaît l'effecteur protéase-like fongique AVR-Pita par une interaction physique directe entre l'effecteur et le domaine LRR de NLR Pi-ta. Cependant, le clonage récent de Pi-ta2, qui détecte également AVR-Pita, a remis en question ce modèle. En effet, Pi-ta2 code pour une allèle spécifique de la protéine Ptr du riz, une protéine membranaire avec un domaine armadillo repeat (ARM), soulevant la question de la manière dont Ptr et NLR Pi-ta interagissent dans la détection d'AVR-Pita.En utilisant des lignées de riz mutantes par RNAi pour NLR Pi-ta et Ptr, ainsi que des lignées mutantes par CRISPR-Cas9, nous avons découvert que la reconnaissance d'AVR-Pita repose uniquement sur Ptr et que le NLR Pi-ta n'a aucun rôle apparent dans la résistance de Pi-ta. De plus, l'analyse de levure à deux hybrides (Y2H) et l'essai de co-immunoprécipitation (CoIP) n'ont montré aucune association entre NLR Pi-ta et AVR-Pita. L'analyse de la diversité naturelle d'AVR-Pita a montré que différentes allèles de Ptr ont des spécificités de reconnaissance différentes. Alors que l'allèle B de Ptr ne reconnaît qu'un ensemble restreint d'allèles AVR-Pita, l'allèle A de Ptr a un spectre de reconnaissance plus large et semble détecter toutes les variantes de séquence naturelles d'AVR-Pita.Nous avons confirmé que certaines allèles d'AVR-Pita échappent à la détection par PtrB en utilisant des isolats mutants et transgéniques du champignon, et nous avons identifié un polymorphisme spécifique qui contrôle la défaillance de la résistance médiée par PtrB. Cependant, nous n'avons pas pu détecter l'association entre AVR-Pita et Ptr dans les essais de CoIP sur Nicotiana benthamiana. Les essais de mort cellulaire sur N. benthamiana ont montré que PtrB a la capacité d'activer l'immunité dans ce système modèle hétérologue, mais AVR-Pita n'a pas activé la mort cellulaire dépendante de PtrB dans les essais sur N. benthamiana. Cependant, une expérience préliminaire suggère qu'un essai de mort cellulaire transitoire sur protoplastes de riz reproduit la détection d'AVR-Pita par Ptr.Les travaux futurs se concentreront sur l'investigation de l'activité et de la fonction d'AVR-Pita et de Ptr, ainsi que sur les bases moléculaires de leur interaction, afin de mieux comprendre ce système unique de reconnaissance des pathogènes. Dans l'ensemble, notre travail établit que le NLR Pi-ta n'a aucune fonction dans la résistance de Pi-ta et dans la reconnaissance de l'effector AVR-Pita de M. oryzae. Plus important encore, notre travail fournit un cadre pour la reconnaissance spécifique des allèles d'AVR-Pita par la protéine de résistance non conventionnelle Ptr, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour développer une résistance à large spectre contre la pyriculariose chez le riz.