Déterminisme moléculaire des interactions entre le champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor S238N et des bactéries du sol, Molecular mechanisms of the interactions between the ectomycorrhizal fungus Laccaria bicolor S238N and soil bacteria

De
Publié par

Sous la direction de Jean Garbaye, Pascale Frey-Klett
Thèse soutenue le 13 novembre 2007: Nancy 1
La symbiose ectomycorhizienne a un effet bénéfique sur la nutrition et le développement des arbres. Dans les sols, les champignons ectomycorhiziens interagissent continuellement avec des communautés bactériennes qui peuvent avoir une action bénéfique, neutre ou antagoniste vis-à-vis du champignon. Parmi ces bactéries, une attention particulière a été portée au cours de ces dernières années sur les bactéries auxiliaires de la mycorhization qui favorisent la symbiose ectomycorhizienne. La souche auxiliaire Pseudomonas fluorescens BBc6R8 améliore la survie pré-symbiotique et la croissance du champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor S238N, et favorise son établissement en symbiose avec le Douglas. Mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont inconnus. A l’aide d’un dispositif de confrontation bactérie-champignon in vitro et d’outils transcriptomiques, nous avons analysé les réseaux de gènes fongiques impliqués dans l’interaction entre P. fluorescens BBc6R8 et L. bicolor S238N ainsi que le degré de spécificité de la réponse du champignon. De plus, nous avons examiné le rôle joué par certains métabolites fongiques et bactériens dans l’interaction : thiamine, tréhalose, système de sécrétion de type III. Nos résultats suggèrent que l’effet auxiliaire de la souche BBc6R8 soit dû à une combinaison de mécanismes : d’une part une amélioration du statut nutritionnel du mycélium, d’autre part une préparation des racines et des hyphes à l’infection mycorhienne.
-Champignon mycorhizien
Ectomycorrhizal fungi have a beneficial impact on tree nutrition and growth by forming symbiotic associations with roots. In their natural environment, they interact physically and metabolically with soil bacterial communities that are beneficial, neutral or antagonistic to the fungus. Since the 80ies, a specific interest has been given to bacterial strains that improve the formation of ectomycorrhizal symbiosis, so-called mycorrhiza helper bacteria. The strain Pseudomonas fluorescens BBc6R8 is particularly efficient to enhance the establishment of Douglas fir - Laccaria bicolor S238N mycorrhizal symbiosis, by improving the survival and the growth of the pre-symbiotic mycelium in soil. We have used both a global and a targeted approach to investigate the molecular mechanisms of this helper effect. In a first step, we have analysed, using an in vitro assay, the morphological and the transcriptomic responses of the ectomycorrhizal fungus to the presence of the helper bacteria at different time of the interaction. Then we have assessed the question of the specificity of the fungal response by studying the effect of non-helper bacterial strains on the fungal behaviour. Finally, we have focused on the role played by several key molecules in the interaction: thiamine, trehalose and the type III secretion system. We suggest that the bacterial strain would exert its helper effect through a combination of mechanisms: an improvement of the nutritional status of the fungus and a preparation of both the plant and the ectomycorrhizal fungus to the root infection.
Source: http://www.theses.fr/2007NAN10134/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
Lecture(s) : 160
Nombre de pages : 343
Voir plus Voir moins




AVERTISSEMENT

Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le
jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la
communauté universitaire élargie.

Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci
implique une obligation de citation et de référencement lors
de l’utilisation de ce document.

D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction
illicite encourt une poursuite pénale.


➢ Contact SCD Nancy 1 : theses.sciences@scd.uhp-nancy.fr




LIENS


Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4
Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm Na ney-Un iversité
~ .Université
Henri Poincaré


U.F.R. Sciences et Techniques Biologiques
Ecole Doctorale Ressources Procédés Produits Environnement



Thèse

présentée pour l’obtention du titre de

Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy 1

en Biologie Végétale et Forestière

par Aurélie DEVEAU



Déterminisme moléculaire des interactions entre
le champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor
S238N et des bactéries du sol


Soutenue publiquement le 13 novembre 2007


Membres du jury :

Rapporteurs :
M. Jean-Paul Latgé Professeur, Institut Pasteur, Paris
M. Mika Tarkka Senior scientist, Helmholtz-Center for Environmental
Research, Halle (Allemagne)
Examinateurs :
M. Roland Marmeisse Chargé de recherche, Université Claude Bernard, Lyon
M. Pierre Leblond Professeur, Université Henri Poincaré, Nancy
Mme. Pascale Frey-Klett Chargée de recherche, INRA, Nancy
M. Jean Garbaye Directeur de recherche, INRA, Nancy


Laboratoire Interactions Arbres/Micro-organismes UMR 1136 INRA/UHP
INRA Nancy Summary
Ectomycorrhizal fungi have a beneficial impact on tree nutrition and growth by forming symbiotic
associations with roots. In their natural environment, they interact physically and metabolically
with soil bacterial communities that are beneficial, neutral or antagonistic to the fungus. Since
iesthe 80 , a specific interest has been given to bacterial strains that improve the formation of
ectomycorrhizal symbiosis, so-called mycorrhiza helper bacteria. The strain Pseudomonas
fluorescens BBc6R8 is particularly efficient to enhance the establishment of Douglas fir -
Laccaria bicolor S238N mycorrhizal symbiosis, by improving the survival and the growth of the
pre-symbiotic mycelium in soil. We have used both a global and a targeted approach to
investigate the molecular mechanisms of this helper effect. In a first step, we have analysed,
using an in vitro assay, the morphological and the transcriptomic responses of the ectomycorrhizal
fungus to the presence of the helper bacteria at different time of the interaction. Then we have
assessed the question of the specificity of the fungal response by studying the effect of non-
helper bacterial strains on the fungal behaviour. Finally, we have focused on the role played by
several key molecules in the interaction: thiamine, trehalose and the type III secretion system.
We suggest that the bacterial strain would exert its helper effect through a combination of
mechanisms: an improvement of the nutritional status of the fungus and a preparation of both the
plant and the ectomycorrhizal fungus to the root infection.

Résumé
La symbiose ectomycorhizienne a un effet bénéfique sur la nutrition et le développement des
arbres. Dans les sols, les champignons ectomycorhiziens interagissent continuellement avec des
communautés bactériennes qui peuvent avoir une action bénéfique, neutre ou antagoniste vis-à-vis
du champignon. Parmi ces bactéries, une attention particulière a été portée au cours de ces
dernières années sur les bactéries auxiliaires de la mycorhization qui favorisent la symbiose
ectomycorhizienne. La souche auxiliaire Pseudomonas fluorescens BBc6R8 améliore la survie pré-
symbiotique et la croissance du champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor S238N, et favorise
son établissement en symbiose avec le Douglas. Mais les mécanismes moléculaires sous-jacents
sont inconnus. A l’aide d’un dispositif de confrontation bactérie-champignon in vitro et d’outils
transcriptomiques, nous avons analysé les réseaux de gènes fongiques impliqués dans l’interaction
entre P. fluorescens BBc6R8 et L. bicolor S238N ainsi que le degré de spécificité de la réponse du
champignon. De plus, nous avons examiné le rôle joué par certains métabolites fongiques et
bactériens dans l’interaction : thiamine, tréhalose, système de sécrétion de type III. Nos résultats
suggèrent que l’effet auxiliaire de la souche BBc6R8 soit dû à une combinaison de mécanismes :
d’une part une amélioration du statut nutritionnel du mycélium, d’autre part une préparation des
racines et des hyphes à l’infection mycorhienne. Remerciements


Exercice encore plus périlleux que la rédaction du manuscrit de thèse, la composition des
remerciements tourne souvent au catalogue. Je ne dérogerai pas à la règle car ces années
passées à Nancy furent parmi les meilleures de ma scolarité, en grande partie grâce à tous ceux
qui m’ont accompagnée au cours de ces quatre années nancéennes.

Mes premiers remerciements iront à Jean Garbaye qui, par un froid matin de janvier 2003 m’a fait
découvrir Nancy, Champenoux-plage et le labo. J’y suis revenue puis restée, notamment grâce à
son enthousiasme et sa très grande humanité. Merci d’avoir accepté d’encadrer mon Dea puis ma
thèse.
Je tiens ensuite à remercier Pascale Frey-Klett pour avoir encadré ma thèse avec tant de
gentillesse, m’avoir fait confiance en me laissant tant d’indépendance (et de vacances) et de
m’avoir envoyée me balader d’un labo à un autre, et ce pour mon plus grand plaisir.
Je désire également remercier Francis Martin pour avoir consacré une parcelle de son temps pour
co-encadrer cette thèse, toujours avec le sourire.
J’aimerais aussi adresser mes remerciements aux équipes qui m’ont accueillie à Warwick,
Cadarache, Rennes et Wageningen, notamment Gary Bending, Wafa Achouak, Alain Sarniguet,
Matthieu Barret et Johan Leveau.

Et bien sur, un grand merci au peuple de l’ombre de cette thèse sans qui tout eut été plus
difficile. Béa ; à nous deux, nous aurons coulé en trois ans plusieurs baignoires de milieu et
scotché des kilomètres de boites de Petri. Je t’inscris au Guiness Book des records, section boite
de Petri ? Cricri, la reine du séquençage et du tas de bois humide. T’inquiètes pas, je ne pars pas
avant d’avoir rangé la dernière stère. Et je viendrai munie de ma serpillière, cette fois. Jean-
Louis, toujours disponible, même quand il croule sous les multiples tâches, c’est à dire toujours en
réalité. Je regretterai toutes ces petites anecdotes racontées en rigolant et qui vous rendent un
peu plus intelligent. Vero et son rire étincelant. Et puis Steph, Annegret, l’ex mormon repenti
Captain Seb, Dom la reine du dépannage, Nicole la fée du secrétariat et toute la joyeuse équipe:
Marc, Patrice, Abdalla, André, Marlis, Judith, Stéphane Jr, François I et II, Jessy, Julien et les
rois de la bioinfo… Sans oublier la patho qui m’a laissée coloniser ses étuves avec le sourire. Merci
à tous pour votre bonne humeur et votre disponibilité.

Et surtout, un grand merci au gars PE, mon comparse de l’aquarium qui m’a tout appris, depuis la
bio mol jusqu’aux blagues les plus vaseuses, toujours là quand cha va pô et aussi pour me coller la
pâtée au squash et au tennis. Je pars m’entraîner aux States, on va voir ce qu’on va voir ! Un seul
regret, je n’aime toujours pas la bière… Désolée.

Comment ne pas remercier également la fine équipe de parapento-grimpo-rando-canyono-cyclo-
skieurs qui m’aura trimbalée des Vosges à l’Allemagne en passant par le Maroc et l’Italie, à moins
que ce ne soit le contraire. JP, Sabrina, Yannick, Philippe, Jean-Louis, Marlis, Nono, Laurent, Jean-
Mi, Pavel, François, sans vous cette thèse n’aurait pas été si belle. A quand la traversée du
Pacifique en pédalo ?
Quant à la team des furieux du Dea et d’ailleurs ; Bland, Jeanneton, Rems, Pimouss, Pascalmde,
Manu, Anne, Raph, Anthony, toujours là pour le meilleur comme pour le pire.

Enfin et surtout, je ne saurais oublier mes parents qui m’ont toujours soutenue et ont accepté
mes décisions et mes idées farfelues sans jamais montrer le moindre signe d’inquiétude
(apparente). Chapeau et un grand merci!



Au petit rhino… Sommaire
SOMMAIRE

GENERAL INTRODUCTION
Préambule ..................................................................................................... 1
I. Publication n°1. Fungal-bacterial interactions: a hyphen between environment,
plant, animal and food microbiologists. .............................................................. 4
II. La symbiose mycorhizienne et les bactéries auxiliaires de la mycorhization .....19
III. Laccaria bicolor S238N - Pseudomonas fluorescens BBc6R8, un couple modèle
pour l’étude de l’effet auxiliaire de la mycorhization. ...................................... 27
IV. Objectifs de la thèse et démarche expérimentale ....................................... 34

CHAPTER 1
Introduction ................................................................................................ 35
I.1. Development of the in vitro set up of confrontation between L. bicolor S238N
and P. fluorescens BBc6R8............................................................................. 38
I.2. Publication n°3. The mycorrhiza helper Pseudomonas fluorescens BBc6R8 has a
specific priming effect on the growth, morphology and gene expression of the
ectomycorrhizal fungus Laccaria bicolor S238N. ................................................41
I.3 Analysis of the transcriptional response of L. bicolor to the presence of the
helper bacterial strain P. fluorescens BBc6R8: a whole genome array approach. .. 53
Conclusion ................................................................................................... 73

CHAPTER 2
Introduction ................................................................................................ 74
II.1 The fungal in vitro growth promotion is due to a combination of soluble and
volatile compounds........................................................................................ 77
II.2 Thiamine production by P. fluorescens BBc6R8: what role in the helper effect?
..................................................................................................................81
II.3 Publication n°4. Trehalose mediates the interactions between the
ectomycorrhizal fungus Laccaria bicolor and the mycorrhiza helper Pseudomonas
fluorescens BBc6R8 .......................................................................................91
Conclusion .................................................................................................. 105

CHAPTER 3
Introduction ............................................................................................... 107
III.1 Publication n°5. A spy among soil bacteria : the ectomycorrhizal fungus
Laccaria bicolor S238N perceives and reacts to quorum sensing signal molecules. 109
III.2 Perception and reaction of L. bicolor S238N to antagonistic Collimonas strains
................................................................................................................ 129
III.3 Meta analysis of the transcriptomic response of L. bicolor S238N to soil
bacteria ..................................................................................................... 154 Sommaire
Conclusion .................................................................................................. 164

CHAPTER 4
Introduction ............................................................................................... 165
IV. 1 Characterization of L. bicolor S238N tectonins-like proteins .................... 167
IV.2 Enzymatic activities of P. fluorescens BBc6R8 ......................................... 184
IV.3 Characterization and role of the P. fluorescens BBc6R8 type III secretion
system in the helper effect.......................................................................... 186
Conclusion .................................................................................................. 193

CHAPTER 5
Introduction ............................................................................................... 194
V.1 Publication n°7 The major pathways of carbohydrate metabolism in the
ectomycorrhizal fungus L. bicolor .................................................................. 195
V.2 Does L. bicolor S238N-H82 conceal endobacteria ? .................................... 217
Conclusion. ................................................................................................ 225

GENERAL CONCLUSION
Final discussion, conclusion and future prospects ............................................ 226
Discussion générale, Conclusion et Perspectives .............................................. 234

References ................................................................................................ 244

ANNEXES
Annexe 1 ................................................................................................... 268
Annexe 2................................................................................................... 275
Annexe 3. .................................................................................................. 395
Annexe 4. .................................................................................................. 302
Annexe 5. ................................................................................................... 308
Annexe 6. ................................................................................................... 316










General Introduction




Introduction Générale
Introduction Générale
Préambule
Les études que j’ai réalisées au cours de mon travail de thèse portent sur les
mécanismes moléculaires des interactions entre un champignon ectomycorhizien et une
bactérie auxiliaire de la mycorhization. Je me suis focalisée sur un champignon parmi
des dizaines de milliers d’espèces (100 800 décrites, Lecointre & Le Guyader 2001) et
une bactérie parmi des centaines de milliers d’espèces (52 000 par gramme de sol,
Roesch et al. 2001)
Du fait de leur grande capacité d’adaptation aux modifications de l’environnement et
aux conditions de vie extrêmes, champignons et bactéries ont conquis la grande majorité
des écosystèmes présents sur Terre, qu’ils soient naturels ou artificiels : aliments issus
de l’industrie agroalimentaire, infrastructures (ie. murs, ventilations, tuyauteries…),
matériel médical (cathéter, outils chirurgicaux… ). Ils jouent donc un rôle majeur dans
de nombreux domaines : agriculture, santé humaine et animale, industrie agroalimentaire,
environnement, sylviculture, conservation des monuments historiques… et ont un impact
économique qui atteint probablement des centaines de millions d’euros. En effet, quel
que soit le domaine concerné, certains micro-organismes sont bénéfiques et source de
revenus financiers (probiotiques, agents de lutte biocontrôle contre les pathogènes,
microbes impliqués dans les processus de fermentation agroalimentaire) tandis que
d’autres induisent des nuisances extrêmement coûteuses (infections humaines et
animales, contaminations des aliments, santé des cultures, dégradation des bâtiments…).
Enfin, ils sont responsables de centaines de milliers de décès dans le monde chaque
année. Pour ces raisons, bactéries et champignons ont fait l’objet de multiples
recherches. Ces organismes ont longtemps été considérés séparément. Pourtant, ils
colonisent souvent les mêmes niches où ils interagissent physiquement et
métaboliquement (Wargo & Hogan, 2006). L’absence de prise en compte de ces
interactions a mené à l’échec de nombreuses thérapies in vivo. L’étude des mécanismes
d’interactions entre micro-organismes est aujourd’hui une discipline en plein
développement, que ce soit dans le domaine médical, en agronomie ou en agroalimentaire.
Toutefois, ces recherches restent, pour le moment, relativement cloisonnées. La grande
majorité des micro-organismes étudiés à l’heure actuelle prolifèrent et interagissent
naturellement depuis des millions d’années dans le sol. Nous pouvons donc nous attendre
à retrouver des similitudes dans les mécanismes d’interaction entre les différents
1 Introduction Générale
Table I.1. Examples of studies performed on mechanisms of the interactions between bacteria and fungi in various fields of research.
Archaeological
Animal & Human Animal & Human Biochemical Environmental
Mechanisms Plant nutrition Plant health Food Processing patrimony
nutrition health cycles protection protection
Corsetti et al. Romano & Kolter Chaucheyaras-Durand & Aruscavage et al. 2006,
pH Sarniguet et al. 2006 2001, Versari et
2004 Fonty 2001 O’May et al. 2005
al. 1999
Kamilova et al. 2001,
Nutrient Chaucheyras-Durand et al., van Dijk et al.2000, Alexandre et al. Moller et al.
competititon 2005 Whipps et al. 2001, 2004 1999
Kaufmann et al. 2005
Duponnois and
Detoxification Tsukamoto et al. Guilloux-Benatier
Garbaye, 1990, Newbold et al.1996 Allemand, 2003 process 2002 et al. 1998
Rainey, 1991
O’May et al. 2005, Adam
et al. 2002, Thurnheer Johnsen et al. 2005,
Nurmiaho-Lassila et al. 2003, Al-fattani Biofilm Seneviratne et al. et al. 1997
et al. 2004, Lamfon et 2006
al. 2005
Verchtert et al.
Adhesion Ofek et al. 1996, van 1990, Cook et al. 2000 Cook et al. 2000
processes der Mei et al. 2000 Lavermicocca et
al. 2005
Chaucheyras-Durand &
Duponnois & Fonty 2001, Marvin-
Nutritional Garbaye 1990, Guilloux-Benatier Rikhvanov et
Sikkema et al. 1990., Frases et al. 2006 effect Olsson & et al. 1998 al. 1999
Chaucheyras-Durand et al. Wallander 1998
2005
Nielsen et al.1998, Sbrana et al. Cruz et al. 2001, Corsetti et al.
Tambon & Höfte
2000, Selim et Minkwitz & Berg 2001, 1998, Ström et al.
Antibiosis Elahi et al. 2005 2001, Tran et al.
al. 2005, Lehr et Cardoso Furtado et al. 2005, Comitini et 2007, de Boer et al.
al. 2007 2002, Noverr et al. 2004 al. 2005
2007
Korczynska et al. 2007, Response of Levy et al. 1992,
Zguraskay et al. 2003,
pathogens to Duffy et al. 2003,
Hogan et al. 2004,
antagonism Schouten et al. 2004 Rasmussen et al. 2005
Type III Rezzonico et al.
secretion 2004, Rezzonico et
sytems al. 2005
Schrey et al.
2005, Hildebrandt Notz et al. 2002,
Hogan et al. 2002,
Cross regulation et al. 2006, Schoonbeek et al. Melin et al. 2002
Rasmussen et al. 2002 2002, van Rij 2005 Deveau et al.
2007
2 Introduction Générale
modèles d’étude (Table I.1). Afin de promouvoir la transversalité disciplinaire dans le
domaine des interactions bactéries-champignons, P. Frey-Klett et al. ont entrepris la
rédaction d’un article de revue sur les avancées de la recherche sur les interactions
bactéries-champignons, toute discipline confondue. La partie qui suit et qui m’a été
confiée concerne les mécanismes des interactions entre bactéries et champignon.

3

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi