Déterminants moléculaires de l'adaptation à l'hôte chez la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum | Molecular determinants of host adaptation in the plant pathogen Ralstonia solanacearum

法语. Le complexe d'espèces Ralstonia solanacearum (RSSC) est un pathogène de plantes très agressif qui affecte plus de 250 espèces végétales dont la tomate, la pomme de terre, le Pelargonium, le gingembre et le bananier. De plus, ce pathogène multi-hôtes est connu pour sa capacité d'adaptation rapide à de nouvelles plantes hôtes et à de nouveaux environnements. Afin de combattre ce pathogène, il est nécessaire de mieux connaitre les mécanismes moléculaires qui gouvernent ces capacités adaptatives. Les objectifs de cette thèse ont été (1) d'identifier les bases génétiques de l'adaptation d'une souche RSSC à un cultivar résistant, (2) d'analyser le rôle potentiel des modifications épigénétiques dans l'adaptation à l'hôte et (3) d'analyser l'impact de l'espèce végétale sur les modifications génétiques, transcriptomiques et épigénétiques dans les clones bactériens adaptés. Cette étude a été menée sur des clones générés par évolution expérimentale de la souche GMI1000 de RSSC après 300 générations de passages en série sur la tomate résistante 'Hawaii 7996', l'aubergine sensible 'Zebrina' et le haricot tolérant 'Blanc précoce'. Des tests de compétition avec le clone ancestral GMI1000 ont démontré que 95% des clones évolués sur Hawaii 7996 étaient mieux adaptés à la croissance dans cette espèce de tomate que le clone ancestral. L'analyse des séquences génomiques de ces clones adaptés a révélé entre 0 et 2 mutations par clone et nous avons démontré que ces mutations étaient des mutations adaptatives. L'analyse des transcriptomes des clones évolués sur Hawaii 7996, Zebrina et Haricot a révélé un chevauchement parmi les listes des gènes différentiellement exprimés, suggérant une convergence vers un recâblage global du réseau de régulation de la virulence. Deux régulateurs de transcription, HrpG, l'activateur du régulon du système de sécrétion de type III et EfpR, un régulateur global de la virulence et des fonctions métaboliques, sont apparus comme des nœuds clés du réseau de régulation qui sont fréquemment ciblés par des modifications génétiques ou potentiellement épigénétiques affectant leur expression. Des variations transcriptomiques significatives ont également été détectées dans des clones évolués n'ayant aucune mutation, suggérant ainsi un rôle probable des modifications épigénétiques dans l'adaptation. La comparaison des profils de méthylation de l'ADN entre les clones évolués et le clone ancestral a révélé entre 13 et 35 régions différentiellement méthylées (DMRs). Aucun impact de la plante hôte sur la liste des DMRs n'est apparu. Certaines de ces DMRs ciblaient des gènes qui ont été identifiés comme étant différentiellement exprimés entre les clones évolués et le clone ancestral. Ce résultat supporte l'hypothèse que les modifications épigénétiques régulent l'expression des gènes et pourraient jouer un rôle majeur dans l'adaptation de RSSC à de nouvelles plantes hôtes.

英语. The Ralstonia solanacearum species complex (RSSC) is a destructive plant pathogen that infects more than 250-plant species including tomato, potato, pelargonium, ginger and banana. In addition, this multihost pathogen is known for rapid adaptation to new plant species and new environments. In order to overcome this pathogen, it is important to understand the molecular mechanisms that govern host adaptation. The objectives of this thesis were (1) to decipher the genetic bases of adaptation of a RSSC strain to a resistant cultivar, (2) to investigate the potential role of epigenetic modifications in host adaptation and (3) to analyze to impact of the plant species on genetic, transcriptomic and epigenetic modifications in RSSC adapted clones. This study was conducted on clones generated by experimental evolution of GMI1000 RSSC strain after 300 generation of serial passages on the resistant tomato ‘Hawaii 7996’ plant, the susceptible eggplant ‘Zebrina’ and the tolerant plant Bean ‘Blanc precoce’. Competitive experiments with the GMI1000 ancestral clone demonstrated that 95% of the clones evolved on Hawaii 7996 were better adapted to the growth into this tomato plant than the ancestral clone. Genomic sequence analysis of these adapted clones found between 0 and 2 mutations per clone and we demonstrated that they were adaptive mutations. Transcriptome analysis of the Hawaii, Zebrina and Bean evolved clones revealed a convergence towards a global rewiring of the virulence regulatory network as evidenced by largely overlapping gene expression profiles. Two transcription regulators, HrpB, the activator of the type 3 secretion system regulon and EfpR, a global regulator of virulence and metabolic functions, emerged as key nodes of this regulatory network that were frequently targeted by either genetic or potential epigenetic modification affecting their expression. Significant transcriptomic variations were also detected in evolved clones showing no mutation, suggesting a potential role of epigenetic modifications in adaptation. Comparison of the DNA methylation profiles between the evolved clones and the ancestral clone revealed between 13 and 35 differentially methylated regions (DMRs). No impact of the host plant on the list of DMRs appeared. Some of these DMRs targeted genes that were identified to be differentially expressed between the evolved clones and the ancestral clone. This result supported the hypothesis that epigenetic modifications regulate gene expression and could play a major role in RSSC adaptation to new host plants.