Studies on molecular typing and pathogenicity of Xanthomonas oryzae / Shuai Zhao ; sous la direction de Ralf Koebnik

Résumé / Abstract : La bactériose vasculaire du riz (BLB) et bactériose non-vasculaire du riz (BLS), causées respectivement par Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) et X. oryzae pv. oryzicola (Xoc), sont les deux plus importantes maladies bactériennes du riz. Ces maladies limitent le rendement de la production de riz dans les zones rizicoles en Asie et dans certaines régions d'Afrique. L'infection et la multiplication bactérienne dans les tissus de l'hôte dépendent souvent des facteurs de virulence de ces bactéries dont le type le système de sécrétion de type III (T3SS) et ses substrats. Dans cette thèse, nous avons identifié neuf effecteurs non-TAL (transcription Transcription activator-like) sécrétés par des effecteurs de type III de la souche chinoise 13751 de Xoo en utilisant le domaine d'induction HR de la protéine avirulente AvrBs1 comme gène reporter. Parmi eux, XopAE13751 a été expérimentalement confirmé pour la première fois comme étant un effecteur non-TAL. Ensuite, par l'analyse mutationnelle de ces gènes effecteurs identifiés dans Xoo, nous avons constaté que l'effecteur non-TAL XopR13751 était nécessaire pour la virulence de la souche chinoise de Xoo sur le riz hybride Teyou63. En parallèle, nous avons démontré que le gène rsmA (repressor of secondary metabolism) - comme le gène rsmAXoo de l'espèce chinoise Xoo 13751- régule positivement l'expression des gènes associés aux facteurs de virulence, tels que le système de sécrétion de type III, les enzymes extracellulaires et le DSF (diffusible signal factor). De plus, le gène effecteur non-TAL xopO s'est avéré être peu répandu chez les Xanthomonas puisqu'il est présent uniquement chez X. euvesicatoria (Xe) et Xoc mais est absent chez Xoo. En considérant les deux pathovars de X. oryzae, avec deux modes d'infection différents, xopO a été examiné comme un facteur de la spécificité du tissu par l'inactivation mutationnelle du gène dans Xoc et par l'expression du gène dans Xoo. Les résultats ont montré que xopO n'est pas la cause déterminante de la spécificité de tissu chez Xoc. Enfin, nous avons étudié les VNTRs (Variable Number of Tandem Repeats) comme outil de typage moléculaire rapide, fiable et rentable, pour améliorer le contrôle des épidémies et pour évaluer la structure de population des souches de Xoc. 28 loci candidats VNTR ont été prédits par le criblage de trois génomes de Xoc (souche philippine BLS256, souche chinoise GX01 et souche malienne MAI10). Des paires d'amorces pour l'amplification de PCR de chacun des 28 loci ont été conçues et testées à un pannel de 20 souches de Xoc provenant de l'Asie et de l'Afrique. Le séquençage des amplicons de PCR a confirmé 25 loci VNTR robustes et polymorphes communs entre les souches Xoc asiatiques et africaines. Un dendrogramme, construit à partir de la combinaison des 25 loci de VNTR (MLVA-25), a montré que la plupart des souches asiatiques sont clairement distinguables des souches africaines. Cependant, en accord avec de précédents rapports, une souche Malienne se distingue et semble être liée aux souches asiatiques, suggérant une introduction possible de souches sur le continent africain. Ce nouvel outil de typage basé sur les VNTR sera utile pour l'étude de structures de populations et pour la surveillance épidémiologique de Xoc.

Résumé / Abstract : Bacterial leaf blight (BLB) and Bacterial leaf streak (BLS), caused respectively by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) and X. oryzae pv. oryzicola (Xoc), are two most important bacterial diseases on rice, constraining severely the rice yield in the rice-growing areas in Asia and in parts of Africa. Successful infection and bacterial multiplication in host tissue often depend on virulence factors from these bacteria including type Ⅲ secretion system (T3SS) and its substrates. In this thesis, we identified nine type Ⅲ secreted non-TAL (Transcription activator-like) effectors of Xoo Chinese strain 13751 using HR-inducing domain of avirulence protein AvrBs1 as the reporter, among them, XopAE13751 was first found experimentally to be non-TAL effector. Subsequently, through mutational analysis of these identified effector genes in Xoo, we showed non-TAL effector XopR13751 was found to be required for full virulence of Xoo Chinese strain in hybrid rice Teyou63. In parallel, we demonstrated that rsmA (repressor of secondary metabolism)-like gene rsmAXoo of Xoo Chinese strain 13751 positively regulated the expression of genes associated with virulence factors such as type Ⅲ secretion system, extracellular enzymes and diffusible signal factor (DSF). Furthermore, non-TAL effector gene xopO was found to be narrowly distributed in Xanthomonas, which was only present in X. euvesicatoria (Xe) and Xoc, but not in Xoo. Based on the consideration of two X. oryzae pathovars carrying two different infection ways, xopO was tested in host and tissue specificity by analysis of mutational analysis of the gene in Xoc and expression of the gene in Xoo. The results showed that xopO of Xoc did not function as a determinant in host and tissue specificity. Finally, we explored Variable Number of Tandem Repeats (VNTRs) as a fast, reliable and cost-effective molecular typing tool, to better monitoring epidemics and assess the population structure of Xoc strains. 28 candidate VNTR loci were predicted by screening of three Xoc genome sequences (Philippine strain BLS256, Chinese strain GX01 and Malian strain MAI10). Primer pairs for PCR amplification of all 28 loci were designed and applied to a panel of 20 Xoc strains originating from Asia and Africa. Sequencing of PCR amplicons revealed 25 robust and polymorphic VNTR loci which are shared among Asian and African strains of Xoc. A dendrogram was constructed from 25 VNTR loci-combinating data (MLVA-25), indicating that most Asian strains were clearly discriminated from African strains. However, in agreement with previous reports, one strain from Mali appeared to be related to Asian strains, pointing to a possible introduction of strains to the African continent. A detailed analysis of the evolutionary relationships among a larger set of Xoc strains from China will be presented, considering different spatial scales. In conclusion, a new VNTR-based tool useful for studies of population structures and epidemiological monitoring of Xoc was successfully established.