Approche intégrative en protéomique et biophysique pour élucider la perception du signal et la motilité des zoospores de Phytophthora lors des premières étapes de l’interaction avec les plantes.

Président du jury :            

• Bruno FAVERY, Directeur de Recherche, Institut Sophia Agrobiotech, France

 Rapporteurs :    

• Bernard DUMAS, Directeur de Recherche, CNRS, France.
• Wafa ACHOUAK, Directrice de Recherche, CNRS-CEA-Aix Marseille Univ BIAM/LEMiRE, France.

Examinateurs/trices :

• Agnès ATTARD, Chargée de Recherche, Institut Sophia Agrobiotech, France.
• Carine DOUARCHE, Maître de Conférences, Université Paris-Saclay-CNRS-FAST, France
• Tijs KETELAAR, Professor, Laboratory of Cell and Developmental Biology, Wageningen University, Netherlands

Directeurs de Thèse :

• Eric GALIANA, Directeur de Recherche, Institut Sophia Agrobiotech, France
• Xavier NOBLIN, Directeur de Recherche, Institut de Physique de Nice, France

Résumé :

La propagation des maladies des plantes causées par Phytophthora repose notamment sur la dispersion dans le sol de zoospores unicellulaires, polarisées et biflagellées. Le mouvement des zoospores vers un hôte s'appuie sur divers mécanismes tels que la chimiotaxie, l'électrotaxie, la géotaxie négative et la rhéotaxie. Les signaux provenant des particules du sol et de la plante déterminent ce mouvement dirigé lors des premières étapes de la colonisation racinaire. Cependant, les mécanismes de perception du signal par les zoospores, qui conduisent au mouvement dirigé vers l’hôte, restent mal compris. Des questions cruciales subsistent concernant la nature et la spécificité de ces mécanismes par rapport à ceux utilisés par d'autres microorganismes du sol, ainsi que l'influence des caractéristiques dynamiques et morphologiques des zoospores sur leur mouvement guidé.

Dans ce contexte, la première partie de ce travail a exploré les capacités de détection des zoospores de Phytophthora parasitica en analysant le répertoire protéique de leur membrane plasmique à l'aide d'une approche protéomique et de la LC-MS/MS. Les protéines d’échantillons membranaires ont été identifiées sur la base du protéome de référence de Phytophthora parasitica, permettant l’identification du répertoire membranaire et une comparaison des profils des fractions issues de corps cellulaires et flagellaires. Trois protéines membranaires clés associées aux mécanismes de détection et de réponse au mouvement des zoospores ont été plus particulièrement étudiées, dont certaines étaient spécifiquement localisées à la membrane flagellaire - une protéine de détection des stérols, une nucléotide cyclase et une Na+/K+ ATPase – supportant l’hypothèse d’un rôle critique des flagelles dans les mécanismes de perception du signal. Pour initier une analyse fonctionnelle de la détection des zoospores, des essais d'immunolocalisation, pharmacologiques et électrophysiologiques ont été initiés.

La deuxième partie de cette thèse était basée sur une approche d'imagerie automatisée, pour développer une méthode de quantification de diverses caractéristiques de micronageurs du sol, y compris les zoospores, évoluant en une suspension microbienne et en réponse à un facteur sol/hôte (gradient de potassium). Dans ces conditions, les réponses de mouvement des zoospores ont été caractérisées, et comparées à celles d'autres espèces, montrant qu'il est possible de distinguer les morphologies, les trajectoires, les vitesses, et l'impact du facteur du sol dans une communauté synthétique simple composée de P. parasitica, Vorticella microstoma et Enterobacter aerogenes. Par ailleurs, une analyse biomécanique a été réalisée détaillant des métriques de mouvement des zoospores, telles que la vitesse, la géométrie des trajectoires et les fréquences de battement flagellaire sous le même stimulus, révélant des dynamiques de mouvement spécifiques aux zoospores par rapport à d'autres micronageurs. Ainsi, nous avons constaté que l'augmentation des concentrations de potassium perturbe le schéma de nage des zoospores, généralement caractérisé par des trajectoires longues et rectilignes alternant avec des culbutes périodiques. Les zoospores présentaient alors des trajectoires de plus en plus courtes et circulaires, avec une réduction de la vitesse et une altération du battement des flagelles.

Ces résultats combinent des principes biochimiques et biomécaniques pour mieux comprendre les processus fondamentaux qui guident les espèces microbiennes vers des stimuli externes. Ce travail clarifie l’étendue des mécanismes de détection et des réponses de mouvement des zoospores de Phytophthora, améliorant notre compréhension de la phase de pré-colonisation et de la façon dont ces pathogènes se dirigent vers leurs plantes hôtes. Cette approche intégrée fournit des perspectives de compréhension des premiers stades de l'infection, par ailleurs utiles pour développer de nouvelles stratégies de gestion des maladies.

Mots Clefs : Oomycète, Physio-pathologie végétale, Dynamique du mouvement, Signalisation, Zoospores

En présentiel ou via Zoom : https://inrae-fr.zoom.us/j/7066402506?omn=91079735006