Ralstonia solanacearum CMI1000, MOLK2 et 1609

Micrographie de R. solanacearum

Comprendre les mécanismes moléculaires

Comprendre les mécanismes moléculaires qui confèrent à une bactérie pathogène l’aptitude à coloniser, envahir et réorienter la physiologie de son hôte constitue un enjeu de première importance, tant d’un point de vue académique que d’un point de vue médical ou agronomique : ces études peuvent en effet guider la conception de nouvelles stratégies de lutte contre les agents pathogènes. La bactérie Ralstonia solanacearum est un organisme modèle reconnu pour l’étude de la pathogénie vis-à-vis des plantes. Cette bactérie du sol, qui appartient au groupe des beta-protéobactéries, est responsable du flétrissement de plus de 200 espèces végétales réparties dans 50 familles botaniques. Parmi les plantes sensibles, plusieurs présentent un intérêt agro-industriel de première importance : pomme de terre (plante chez laquelle la maladie causée par l’infection est nommée pourriture brune), tomate, aubergine, poivron, tabac, bananier, etc. Ralstonia solanacearum est présent dans toutes les zones inter- et subtropicales du globe, et l’on a récemment assisté à la dissémination de souches présentant une température optimum de croissance dans les zones tempérées d’Europe et des Etats-Unis.

L’étude de R. solanacearum est complémentaire de celle des autres bactéries phytopathogènes modèles que sont Pseudomonas syringae, Xanthomonas campestris et Xanthomonas citri. Ces trois espèces s’attaquent en effet aux parties aériennes de la plante, alors que R. solanacearum, capable de vivre de façon prolongée dans le sol, infecte ses hôtes à partir du système racinaire et présente un très fort tropisme pour les vaisseaux du xylème. Sa multiplication importante dans le système conducteur conduit à une infection systémique de la plante.

La comparaison des séquences d’un ensemble de gènes - dont l’ARN 16S - a révélé l’organisation de l’espèce R. solanacearum en quatre grands clades évolutifs. Les souches regroupées dans un même clade présentent des différences de spécificité parasitaire importantes. Cela fait de R. solanacearum un excellent modèle, tant pour l’analyse des déterminants de la spécificité parasitaire que pour l’étude des mécanismes évolutifs qui ont conduit à l’émergence de la pathogénie ; cette dernière thématique profite en outre de la connaissance du génome de Ralstonia metallidurans, bactérie taxonomiquement proche de R. solanacearum mais non pathogène. Une ébauche de sa séquence génomique a été assemblée en 2003 par le Joint Genome Institute (Walnut Creek, Californie).

Première exploration du génome de R. solanacearum

Colonies de R. solanacearum sur boite de Petri

Pour une première exploration du génome de R. solanacearum, l’équipe de Christian Boucher, au Laboratoire Interactions Plantes-Microorganismes (LIPM, unité mixte CNRS INRA), a retenu la souche GMI1000. Cette souche, isolée en Guyane à partir d’un plant de tomate flétri, appartient au clade asiatique et possède une large gamme d’hôtes. Elle présente en outre l’intérêt d’infecter la plante modèle Arabidopsis thaliana, au génome entièrement séquencé, ce qui offre la possibilité d’étudier les réponses de l’hôte à l’échelle génomique. La séquence génomique de GMI1000 assemblée au Genoscope a été annotée dans le groupe de C. Boucher. Longue de 5,8 Mb, elle est organisée en deux réplicons - un chromosome de 3,7 Mb et un mégaplasmide de 2,1 Mb.

Le travail d’annotation a permis d’identifier de nombreux gènes candidats de pathogénie, parmi lesquels figurent les gènes de structure de plus de 50 protéines dites « effectrices ». Certaines de ces protéines agissent en perturbant le métabolisme de la cellule végétale, tandis que d’autres suppriment la réaction de défense de la plante. Les effecteurs sont injectés par la bactérie dans la cellule végétale grâce à un système de sécrétion de type III, dont les composants ont été caractérisés avant le séquençage. Parmi les autres facteurs de pathogénie identifiés lors de l’annotation figurent plusieurs enzymes lytiques, des enzymes contrôlant la production d’hormones végétales, ainsi que de nombreux facteurs impliqués dans l’adhésion cellulaire. Ce travail, publié en janvier 2002, a par ailleurs mis en évidence le rôle que pourraient avoir joué les transferts génétiques horizontaux dans l’acquisition de la pathogénie.

La séquence génomique de CMI1000

Evolution de la maladie sur bananier infecté par la souche Molk2

La séquence génomique de CMI1000 ne représente qu’une petite fraction de la diversité génétique de R. solanacearum, comme l’a révélé un sondage du génome d’une autre souche. Près de 100 kb ont été séquencés de façon aléatoire dans le génome de Molk2, souche inféodée de façon stricte au bananier et qui appartient au clade américain. La comparaison des séquences indique que jusqu’à 30% du génome de Molk2 pourraient être absents du génome de CMI1000. Cette observation a justifié le lancement en 2004 d’un nouveau projet de séquençage au Genoscope, en collaboration avec l’équipe de C. Boucher. L’objectif est l’obtention d’une « ébauche » de la séquence génomique de deux nouvelles souches, Molk2 et 1609. Cette dernière souche appartient au clade américain, tout comme Molk2, mais en diffère par le fait qu’elle n’attaque pas le bananier et qu’elle est particulièrement adaptée à la pomme de terre. La souche 1609 est considérée comme la souche type des souches introduites en Europe.

Aujourd’hui, les travaux en cours sont principalement orientés vers l’analyse fonctionnelle des effecteurs et la caractérisation de leurs cibles moléculaires dans la cellule végétale. Le séquençage de deux souches supplémentaires suscitera un nouvel axe de recherche : l’analyse des déterminants de la spécificité parasitaire. Ce travail s’appuiera sur une puce pangénomique de la souche CMI1000 qui est aujourd’hui disponible. Cette puce sera prochainement complétée avec les nouveaux gènes qui seront identifiés dans les séquences génomiques des souches Molk2 et 1609. Ainsi augmentée, la puce permettra de rechercher l’existence de corrélations entre les gènes présents et exprimés chez une cinquantaine de souches de R. solanacearum (collection maintenue au LIPM) et la nature des plantes hôtes pouvant être infectées par ces souches. En se basant sur les données ainsi obtenues, l’équipe de C. Boucher tentera de mettre au point un outil moléculaire permettant l’évaluation rapide du potentiel infectieux de tout nouvel isolat de R. solanacearum.