Projet H2020 FOUNDATION : Base médiée par Fusarium oxysporum de la modulation spécifique du type cellulaire des interactions multi-hôtes
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2018 -2020
- Budget alloué 170.121,6 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet FOUNDATION
Étant donné que F. oxysporum se développe principalement de manière intercellulaire au cours des premiers stades, nous avons émis l’hypothèse que le pathogène pourrait sécréter des protéines de pathogénicité, appelées effecteurs, dans cet espace intercellulaire pour déterminer la compatibilité globale et gérer l’immunité de l’hôte. Dans le cadre de ma bourse MSCA, j'ai principalement établi l'isolement du liquide apoplasique à partir de racines de tomates infectées et utilisé la protéomique de découverte pour identifier les effecteurs.
Ces « effecteurs apoplasiques centraux » identifiés codent des protéines hypothétiques petites, sécrétées et riches en cystéine, qui sont conservées dans le complexe d'espèces de Fusarium (Redkar et al., en préparation). Ces effecteurs principaux, appelés (ERC : Effector for Root Compatibility ERC1-3), sont induits in planta lors de la colonisation hôte/non-hôte et contribuent à la virulence. J'ai également effectué une analyse complète de l'ARN-Seq au cours des premiers stades de la colonisation par F. oxysporum et j'ai découvert qu'une proportion significative du sécrétome code principalement des effecteurs qui sont conservés dans le complexe spécifique de Fusarium. Cela suggère que Fusarium s'appuie sur un répertoire conservé d'effecteurs pour établir la compatibilité entre les hôtes et les non-hôtes, et que les déterminants spécifiques à l'hôte peuvent ensuite jouer un rôle principal dans la détermination du flétrissement, qui est spécifique à l'hôte.
Nous avons également étudié la nature du protéome racinaire intercellulaire actif pendant la colonisation par Fusarium et comment son activité déclenche la signalisation de défense. Le liquide apoplasique infecté a été utilisé pour le profilage des protéines basé sur l'activité (ABPP), qui a indiqué que Fusarium est capable de supprimer différentes classes de protéases. Sur la base de ces résultats et de notre intérêt pour l'immunité apoplasique, je dirige un article de recherche vedette dans Trends in Plant Science (doi.org/10.1016/j.tplants.2019.06.009). L'article met en évidence les travaux sur l'effecteur Pit2 d'Ustilago maydis, qui possède un domaine inhibiteur de protéase et imite le substrat de protéase. De plus, j'ai co-écrit une revue sur les connaissances actuelles sur les interactions moléculaires entre les champignons charbonneux et leurs hôtes dans Annual Reviews (doi : 10.1146/annurev-phyto-082718-100139). Cela a influencé les recherches en cours dans le domaine des interactions plantes-pathogènes.
De plus, j'ai utilisé le pathosystème Arabidopsis-Fusarium pour comprendre les signaux dérivés de l'hôte que le champignon détecte lorsqu'il atteint le xylème. L'endoderme radiculaire est une couche cellulaire protectrice qui sépare la zone corticale et la vascularisation. L'espace entre les cellules endodermiques est imprégné d'un polymère hydrophobe à base de lignine, appelé bande de Caspar (CS), et agit comme une barrière sélective. Les protéines membranaires associées à la paroi cellulaire (CASP) fusionnent pour former une bande continue guidée par la voie de Schengen (SGN) bien définie. Mon hypothèse est que les flétrissements vasculaires interfèrent probablement avec différents composants de la voie SGN pour détecter la vascularisation. Nous avons utilisé une collection de mutants d'Arabidopsis dans la voie SGN, qui présentent différents degrés de phénotype pathogène avec F. oxysporum Fo5176. Par conséquent, la voie CS semble être impliquée dans le guidage de Fusarium dans le système vasculaire. Les résultats de mon projet ont été présentés lors de séminaires de recherche à la conférence CEPLAS Fellows à l'Université de Düsseldorf (Allemagne) et à l'IISER (Pune, Inde).
Désormais, je continuerai dans mon laboratoire d'accueil grâce à la bourse Juan de la Cierva. Je travaille sur la caractérisation fonctionnelle des effecteurs CORE identifiés chez Fusarium. J'explorerai également les indices intéressants concernant l'interférence de Fusarium avec la voie de la bande casparienne dans la détection de la vascularisation. Une fois terminé, mon objectif est de publier deux articles de recherche détaillant mes conclusions.
En plus du travail proposé, j'ai également été l'auteur correspondant de deux articles de commentaires : l'un décrivant comment les agents pathogènes des racines ont évolué pour cibler les principaux régulateurs transcriptionnels de la voie de l'acide salicylique (doi : 10.1098/rstb.2015.0459) et un autre fournissant un aperçu de la façon dont les agents pathogènes ont évolué pour utiliser les protéines de transport pour les fonctions de virulence (doi : 10.1111/nph.14137).
Les champignons pathogènes ont un impact considérable sur la nutrition humaine en réduisant la productivité des cultures. De nombreuses interactions entre les champignons et les plantes se produisent dans le sol et affectent de manière cruciale la santé des plantes. On sait très peu de choses sur la manière dont les agents pathogènes du sol infectent les racines et affectent l’immunité de l’hôte. Un groupe particulièrement destructeur de champignons infectant les racines provoque le flétrissement vasculaire, qui attaque de nombreuses cultures, colonise les racines et provoque un flétrissement progressif. Ces maladies sont parmi les plus difficiles à contrôler, car les agents pathogènes sont souvent inaccessibles aux produits chimiques présents dans les racines. Ils sont donc contrôlés avec des composés de fumigation non spécifiques qui ont un effet nocif. Pour développer une solution durable contre ces champignons, il est essentiel de bien comprendre comment ces agents pathogènes établissent une compatibilité avec divers hôtes et les processus végétaux qu’ils ciblent.
Le genre de champignons Fusarium contient de nombreux agents pathogènes transmis par le sol qui provoquent des maladies de flétrissement dans de nombreuses cultures. Actuellement, il existe peu d’informations sur le stade crucial de l’infection biotrophique (phase de vie) de Fusarium. Le champignon pénètre dans les racines et finit par coloniser le xylème, entraînant la mort ou l'absence de mort, et même des modes de vie endophytes. Fusarium est donc un excellent modèle pour étudier la compatibilité multi-hôtes et l’immunosuppression. Le contrôle des agents pathogènes des plantes transmis par le sol est très difficile en raison de leur grande persistance et de leur remarquable capacité d’adaptation à la plante hôte et à l’environnement.
La plupart des fongicides pour sols étant interdits par la législation européenne, il est urgent de développer de nouvelles stratégies de contrôle efficaces, durables et respectueuses de l’environnement. L’identification des événements moléculaires qui sous-tendent le développement de la maladie chez divers hôtes répond à la question de longue date de savoir comment ces champignons détectent le système vasculaire de l’hôte. Ceci présente un intérêt fondamental dans les interactions microbiennes. L’objectif général de ma proposition est de comprendre les mécanismes sous-jacents à la colonisation des plantes par F. oxysporum pour conquérir une large gamme d’hôtes. Mon hypothèse est que la perturbation de l’espace intercellulaire (apoplaste) où réside principalement le pathogène pendant les stades biotrophiques dans l’hôte/non-hôte servira de site d’action des déterminants de pathogénicité « de base » pour coloniser un large spectre de cultures agronomiquement importantes.
Les champignons ont un impact dévastateur sur la nutrition et la santé humaines. Chaque année, des champignons pathogènes provoquent d’énormes pertes agricoles dans les cultures et contaminent les aliments avec des mycotoxines nocives. Le champignon pathogène transmis par le sol, Fusarium oxysporum, infecte les racines des plantes et les tissus vasculaires, provoquant des maladies de flétrissement dans plus de 100 cultures différentes, notamment les dicotylédones et les monocotylédones. Une souche particulièrement agressive de ce pathogène, la race tropicale 4, menace les plantations de bananes dans le monde entier. Actuellement, il existe peu d’informations sur l’étape cruciale de l’infection biotrophique par des agents pathogènes vasculaires, de la pénétration des racines à la colonisation des vaisseaux du xylème. Fusarium fournit un excellent modèle pour étudier la détection, l’adaptation et la suppression de l’immunité des plantes spécifique aux cellules associées aux premiers stades de l’infection. Le groupe hôte a récemment fait état du mécanisme de détection chimiotrophique utilisé par ce pathogène et a identifié les signaux de la plante hôte perçus par Fusarium dans le sol. De plus, leurs travaux ont révélé une action combinée d’enzymes impliquées dans le remodelage de la paroi cellulaire fongique et la dégradation de la paroi cellulaire végétale, ce qui contribue à la virulence de ce pathogène. Dans ce projet, nous visons à identifier les gènes de virulence spécifiques aux cellules que F. oxysporum utilise pour coloniser un hôte dicotylédone (Arabidopsis) par rapport à un hôte monocotylédone (banane) qui a une architecture tissulaire vasculaire fondamentalement différente. Nous utiliserons le double ARN-Seq couplé à la microdissection par capture laser (LCM) pour identifier les principaux composants de compatibilité à la fois dans le pathogène et dans la plante, qui sont essentiels à l'établissement de la maladie du flétrissement. Cela conduira à l’identification et à la caractérisation de cibles potentielles dans cette interaction qui pourraient être utilisées pour développer de nouvelles stratégies de résistance dans les efforts d’amélioration en cours de la banane. Par conséquent, ce projet fera progresser les connaissances fondamentales sur la façon dont un champignon détecte et colonise une gamme aussi large d’hôtes, tout en créant de nouvelles opportunités pour la protection des cultures en décortiquant l’interaction à une résolution spécifique au type de cellule.
Les résultats de mon projet MSCA ont généré de nouvelles perspectives sur les stratégies de colonisation des agents pathogènes des racines. L’identification des effecteurs conservés dans Fusarium qui assurent probablement la compatibilité nous permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la nécessité d’une courte phase biotrophique dans le cycle de vie du pathogène. De plus, l’identification des processus apoplastiques dans les plantes que des agents pathogènes tels que Fusarium manipulent offrira de nouvelles pistes pour comprendre les interactions moléculaires et contribuera au développement de la résistance. Dans l’ensemble, je pense que les résultats de mon projet auront de vastes implications, car ils offrent un premier aperçu des stades cruciaux de l’infection asymptomatique de ces importants agents pathogènes fongiques.
De plus, en promouvant mes recherches à travers des articles généraux et en interagissant avec des élèves via Skype avec Scientist, j'ai pu atteindre un public général. Cela m’a fourni une excellente plateforme pour promouvoir mon travail et faire connaître mes recherches au public. De même, ma participation à des conférences m’a permis d’élargir mon réseau professionnel, augmentant ainsi mes chances de devenir un chercheur principal à succès.
- UNIVERSIDAD DE CORDOBA (UCO)
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