Thèse Déterminisme Génétique du Spectre d'Hôtes chez Xanthomonas H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : LIPME - Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement Direction de la thèse : Laurent D. NOEL ORCID 0000000201101423 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 La pathogénie des bactéries pathogènes de plantes repose sur plusieurs facteurs, dont les protéines effectrices de type III (ET3s). Injectées dans les cellules végétales, ces protéines forment collectivement l'effectome de type III, contribuant à la suppression de l'immunité et à la manipulation de la physiologie de la plante au profit de la bactérie. Les plantes contrecarrent l'activité des effecteurs grâce à des mécanismes de reconnaissance immunitaire pouvant aller jusqu'au déclenchement de la mort cellulaire. Cependant, certains effecteurs peuvent neutraliser ces réponses immunitaires, générant ainsi des interactions complexes et des effets épistatiques entre effecteurs. Par exemple, l'action d'un effecteur peut empêcher la reconnaissance d'un autre, lui permettant d'exercer sa fonction. En conséquence, les fonctions et les cibles de nombreux ET3 restent encore mal caractérisées, ce qui limite notre capacité à définir leurs contributions individuelles à la pathogénie chez différentes plantes et à la spécificité d'hôte.

Chez les Xanthomonas phytopathogènes, l'effectome comprend une trentaine de ET3s présentant une diversité structurale ainsi qu'une redondance fonctionnelle. Ainsi, les mutants simples d'effecteurs sont souvent peu informatifs, bien que l'effectome dans son ensemble soit essentiel à la pathogénie. Pour surmonter cette limitation, l'équipe SIX a généré une souche polymutante d'effecteurs de Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), agent causal de la nervation noire des Brassicacées (Arabidopsis, chou, radis, moutarde), qui est non pathogène.

Cette thèse s'appuie sur une approche de biologie synthétique pour élucider l'implication des ET3s dans la pathogénie, le spectre d'hôte et les mécanismes d'émergence de nouveaux pathogènes en reconstruisant des effectomes minimaux. Les résultats de ce projet contribueront à une meilleure compréhension des processus biologiques et évolutifs des pathogènes végétaux. En comprenant les règles qui gouvernent l'influence de l'effectome sur la biologie de différents hôtes, nous pourrions prédire le risque d'émergence et les sauts d'hôte potentiels d'une bactérie à partir de la seule information contenue dans sa séquence génomique.
La base génétique définissant la spécificité d'hôte est l'une des questions les plus prégnantes de la phytopathologie. De rares études ont suggéré un tel rôle pour les protéines effectrices (ET3s) des bactéries phytopathogènes. Ces protéines sont injectées dans les cellules végétales, où elles interagissent avec les protéines de l'hôte pour perturber son immunité, sa physiologie et déterminer potentiellement la gamme d'hôtes. Par exemple, une évolution convergente des effectomes entre des espèces phylogénétiquement éloignées de Xanthomonas infectant les mêmes hôtes a été décrite [1,2]. De même, les ET3s XopQ et HopQ de Xanthomonas et Pseudomonas reconnues par Roq1 dans Nicotiana benthamiana, limitent la gamme d'hôtes de ces deux pathogènes [3,4].

L'étude expérimentale des effectomes et de leur rôle dans la gamme d'hôtes est difficile en raison du grand nombre d'effecteurs, de leur redondance fonctionnelle et des interactions épistatiques au sein de la cellule hôte. Les études sur la diversité des effectomes ont été déduites à partir des séquences génomiques disponibles publiquement [2,5] ou en évaluant la présence/absence de ET3s dans des souches spécifiques [1]. Cependant, un seul pathogène, la souche de Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, a été complètement dépouillée de ses gènes ET3 par plusieurs cycles de mutagenèse dirigée, permettant la reconstruction des effectomes par des techniques de clonage combinatoires. Ce travail pionnier a permis l'identification d'un effectome minimal de huit ET3s nécessaires pour provoquer la maladie dans N. benthamiana [6,7].

Le genre Xanthomonas est particulièrement adapté à l'étude génétique de la spécificité d'hôtes, car la plupart des espèces ont une gamme d'hôtes restreinte. Par exemple, X. campestris infecte les Brassicacées (causant la nervation noire chez les choux et le colza), tandis que X. euvesicatoria (Xe) infecte les Solanacées (causant la tache bactérienne dans les tomates et les poivrons). La plupart des efforts pour caractériser les effecteurs se sont concentrés sur ces deux espèces de Xanthomonas, menant à des interactions de type gène pour gène bien documentées [5]. De plus, ces bactéries possèdent des effectomes relativement petits (20-40 ET3s) et sont faciles à manipuler génétiquement. Une souche polymutante sans effecteur de Xanthomonas campestris pv. campestris (XccET3) a récemment été conçue [L. Noël, résultats non publiés], ouvrant de nouvelles opportunités pour étudier le fonctionnement des effectomes dans le genre Xanthomonas.
Décrypter les bases génétiques de la spécificité d'hôte liée aux effecteurs de type III (ET3s) chez Xanthomonas.

Plus spécifiquement, le projet visera à:
1- Identifier des combinaisons minimales d'effecteurs de type III (mini-effectomes synthétiques) essentiels pour restaurer la pathogénie d'une souche XccET3 sur plusieurs plantes hôtes et non-hôtes.
2- Analyser les interactions entre les effectomes et les systèmes immunitaires des plantes afin d'évaluer leur influence sur la spécificité d'hôte et les sauts d'hôtes.
3- Développer des modèles prédictifs pour évaluer la pathogénie et le risque d'émergence de nouveaux pathogènes en fonction de la composition des effectomes. En combinant l'utilisation de XccET3 avec des outils de biologie synthétique, les technologies de séquençage de nouvelle génération pour des méthodes de phénotypage à haut débit, nous allons développer un pipeline expérimental générique pour étudier le fonctionnement des effectomes et leur contribution à la spécificité d'hôte [8]. Le suivi de la fitness (c'est-à-dire la capacité à se multiplier dans la plante) mesurée par l'abondance des codes-barres spécifiques à chaque mini-effectome permettra l'identification des combinaisons sélectionnées par l'interaction avec l'hôte, à l'image des approches TnSeq [9].

L'étudiant·e développera plusieurs bibliothèques de mini-effectomes barcodés à l'aide de la technologie GoldenGate. Ces bibliothèques seront dérivées de Xcc ainsi que d'autres espèces de Xanthomonas pathogènes attaquant des familles de plantes différentes comme les Brassicacées ou les Solanacées. La souche XccET3 sera transformée avec ces bibliothèques puis inoculée sur des plantes hôtes et non-hôtes. Cela permettra de sélectionner les clones bactériens présentant la meilleure fitness, i.e. les combinaisons d'effecteurs fonctionnelles dans la plante étudiée. Les compositions en effecteurs des clones sélectionnés seront ensuite reconstruites et validées individuellement in planta en évaluant leurs effets sur la pathogénie, la virulence et la fitness bactérienne. De nombreuses preuves de concept, protocoles et ressources biologiques ont déjà été obtenus.

Nous recherchons une personne titulaire d'un Master 2 en microbiologie ou en phytopathologie. Des compétences en plusieurs des disciplines phytopathologie (tests de pathogénie), génétique bactérienne (génomique et transposition), biologie moléculaire (clonage et transformation) et microbiologie (cultures bactériennes) sont importantes pour la réalisation du projet. Des connaissances en biostatistiques (statistique descriptive, statistique comparative et modèles linéaires), bioinformatique (assemblages et traitement de données de séquençage à haut débit) et la maîtrise de RStudio seraient un atout.