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Afin d’appréhender les mécanismes sous-jacents à l’émergence de nouveaux agents pathogènes dans les agro-écosystèmes, il est nécessaire de comprendre comment évoluent et se transmettent les gènes codant les protéines responsables de leur virulence. La majorité des bactéries pathogènes des animaux et des végétaux possède une structure moléculaire s’apparentant à une seringue (le système de sécrétion de type III ou SST3) leur permettant d’injecter dans le cytoplasme des cellules hôtes des molécules effectrices. Ces effecteurs (ET3) vont permettre aux bactéries de contourner les défenses de leur hôte et d’en manipuler le métabolisme pour favoriser leur multiplication. Ils peuvent aussi être reconnus par la plante, ce qui induit alors une résistance. Le SST3 et ses effecteurs jouent un rôle majeur dans l’interaction hôte-pathogène.

Les bactéries du genre Xanthomonas sont responsables de maladies sur plus de 400 espèces végétales incluant de nombreuses plantes cultivées (blé, tomate, arbres fruitiers, etc). Les analyses génomiques ont montré qu’elles ont acquis le SST3 de façon ancestrale ainsi qu’un jeu réduit d’effecteurs leur permettant de contourner les défenses basales des plantes. Les flux de gènes entre espèces bactériennes, au niveau du cluster de gènes du SST3, ont probablement permis de distribuer au sein du genre les combinaisons d’allèles favorables pour la colonisation des hôtes des Xanthomonas. Au cours de l’évolution, certaines souches ont perdu les gènes du SST3 et des ET3 entrainant la perte de leur caractère pathogène. D’autres, au contraire, ont complété leur arsenal en accumulant dans leur génome de nombreux gènes d’effecteurs. L’émergence de clones bactériens épidémiques attaquant spécifiquement certaines plantes (ex. Xanthomonas arboricola pv. pruni, agent pathogène des prunus) serait le produit de cette histoire évolutive.

Partenaires : ces travaux ont été réalisés au cours du doctorat de Déborah Merda cofinancé par la Région Pays de la Loire et l’Inra, département SPE. Les gènes d’effecteurs ont été recherchés dans les génomes bactériens par une approche reposant sur l’apprentissage machine grâce à une collaboration avec Eran Bosis de l’ORT Braude College (Karmiel, Israël).

Publication associée : Merda D, Briand M, Bosis E, Rousseau C, Portier P, Barret M, Jacques M-A, Fischer-Le Saux M. 2017. Ancestral acquisitions, gene flow and multiple evolutionary trajectories of the type three secretion system and effectors in Xanthomonas plant pathogens. Molecular Ecology doi:10.1111/mec.14343.