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

Aurélie Deveau

Description

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

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Extrait

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~ .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