Phytotoxines

Les thaxtomines sont des dipeptides cycliques (2,5-diketopiperazines) dérivés d’acide aminé, soit le L-phénylalanine et le L-tryptophane qui contient un résidu nitroindole. Elles ont été isolées pour la première fois de tranches de pomme de terre infectées par S. scabies (King et al., 1989). Il existe plusieurs formes de thaxtomine. Parmi celles-ci, la thaxtomine A représente la forme principale (King and Calhoun, 2009). Les différentes formes diffèrent dans les groupements retrouvés sur le squelette principal (Fig. 9).

Figure 1.9 Structure de la thaxtomine avec ses différents groupements (King et Calhoun, 2009)

La production de thaxtomine a été démontrée comme étant essentielle à la virulence des

Streptomyces causant la gale commune. Des mutations dans les gènes responsables de la voie

de biosynthèse de thaxtomine rendent les souches portant ces mutations non pathogènes (Healy et al., 2000 ; Joshi et al., 2007b ; Kers et al., 2004).

La biosynthèse de thaxtomine débute par la synthèse d’oxyde nitrique (NO) à partir d’arginine par la protéine TxtD qui est un oxyde nitrique synthase (Kers et al., 2004). Par la suite TxtE, un cytochrome 450 monooxygenase, va ajouter le NO au tryptophane pour former le L- nitrotryptophane (Barry et al., 2012). TxtA et TxtB, des peptides synthétases non ribosomales (NRPS), vont utiliser la phénylalanine ainsi que le L-nitrotryptophane pour former le précurseur de la thaxtomine A, la thaxtomine D (Healy et al., 2002 ; Johnson et al., 2009). La thaxtomine

retrouvé dans TxtA et TxtB (Bignell et al., 2014a). TxtC, un cytochrome 450 monooxygenase, a pour rôle d’ajouter un groupement hydroxyle à la phénylalanine (Healy et al., 2002) ce qui formera la thaxtomine A.

Le rôle de TxtH, une protéine de la famille MbtH-like, n’est pas encore clairement défini, mais celle-ci pourrait avoir un rôle de chaperonine responsable du repliement adéquat des NRPS TxtA et TxtB (Li et al., 2019a).

La régulation de la biosynthèse de thaxtomine se fait par TxtR, un régulateur de transcription de la famille AraC/XylS. L’activation de TxtR se fait par le cellobiose qui une fois lié au régulateur permet de lever la répression qu’il exerce sur les gènes de biosynthèse de la thaxtomine (Johnson et al., 2007 ; Joshi et al., 2007b). L’expression de txtR est aussi régulée par CebR, un répresseur pour l’utilisation de la cellulose, du cellobiose et des cello-oligosaccharides (Francis et al., 2015). CebR lie l’ADN en amont et dans les gènes de synthèse de la thaxtomine. L’interaction de CebR et du cellobiose permet de relâcher la répression de CebR au site de liaison permettant ainsi la transcription des gènes de synthèse de thaxtomine (Francis et al., 2015). Ainsi, le système de transport CebEFG-MsiK qui transporte le cellobiose et le cellotriose dans la cellule est aussi requis pour la production de thaxtomine (Jourdan et al., 2016). Il a été démontré que la délétion de CebE (protéine liant le cellobiose et cellotriose) et MsiK (ATPase liée au transport des carbohydrates) causait une atténuation de la virulence sur des pousses de radis ce qui démontre que le transport du cellobiose vers la cellule est important pour la virulence de S. scabies.

Outre le cellobiose, la subérine est aussi une inductrice de la production de thaxtomine. En effet, lorsque la subérine était combinée au cellobiose, une meilleure production de thaxtomine était observée comparativement à la subérine ou au cellobiose seul (Lerat et al., 2010).

1993 ; Loria et al., 1997) et la présence d’acides aminés aromatiques (Babcock et al., 1993 ; Lauzier et al., 2002 ; Legault et al., 2011) affectaient la production de thaxtomine. Plus récemment, les gènes bld ont été démontré comme ayant un rôle dans la régulation de la production de thaxtomine A. En effet, lorsque les gènes bldA, bldC bldD, bldG et bldH étaient délétés une diminution ou l’abolition de la production de thaxtomine en milieu liquide était noté et la virulence de S. scabies était affectée lors des essais avec des plantes (Bignell et al., 2014b).

La thaxtomine a plusieurs effets chez les plantes. Il a été démontré que l’ajout de thaxtomine causait des lésions ressemblant à la gale sur des mini-tubercules cultivés stérilement (Lawrence et al., 1990), pouvait aussi causer de la nécrose sur des tranches de pomme de terre (Loria et al., 2006) et d’autres tissus (Jourdan et al., 2017). Un traitement à la thaxtomine de semis entraînait en un retard de croissance, de l’enflure chez les hypocotyles et racines, une hypertrophie cellulaire ainsi que la nécrose des tissus (Leiner et al., 1996 ; Loria et al., 1997).

En plus de tous ces symptômes, la thaxtomine cause l’inhibition de synthèse de la cellulose, mais son mode d’action n’est pas connu à ce jour (Bischoff et al., 2009; Duval and Beaudoin, 2009; Fry and Loria, 2002; Scheible et al., 2003).

1.4.2.2 Concanamycine

Les concanamycines sont des polycétides macrolides caractérisés par un cycle macrolide tétraénique à 18 membres avec un éther méthylénolique et une chaîne B-hydroxyhemiacetyl (Bignell et al., 2014a). Les concanamycines ont été isolées pour la première fois chez

Streptomyces diastatochromogenes S45 (Kinashi et al., 1984). Elles ont été isolées pour la

première fois chez S. scabies de souches provenant du Japon (Natsume et al., 1998).

Les concanamycines fonctionnent comme des inhibiteurs de type vacuolaire ATPase et possèdent un large spectre d’activités biologiques incluant des activités antivirale, anti-

Le rôle exact des concanamycines dans la gale commune n’est pas encore élucidé, cependant le groupe de Natsume et al. ont démontré que la concanamycine A avait un effet synergique sur la toxicité de la thaxtomine et que sa co-production avec la thaxtomine accentuait les symptômes de la gale commune (Natsume et al., 2017).

1.4.2.3 Phytotoxines coronafacoyles

Les phytotoxines coronafacoyles sont des toxines composées d’un polycétides à base d’hydrinance bicyclique, l’acide coronafacique (CFA) et d’un acide aminé ou un dérivé lié par un lien amide (Li et al., 2019b). La principale phytotoxine coronafacoyle produite par S. scabies est la Cfa-Ile (Fyans et al., 2015).

Il a été démontré que S. scabies possédait un groupement de 15 gènes pour la biosynthèse de l’acide coronafacique (CFA). Parmi ces gènes, 9 sont homologues aux gènes de Pseudomonas

syringae pv. tomato et Pectobacterium astrosepticum, deux agents phytopathogènes causant la

moucheture de la tomate et la jambe noire de la pomme de terre, tandis que les 6 autres n’ont pas d’homologues connus (Bignell et al., 2010b).

Les gènes cfa 1-5 de S. scabies codent pour les enzymes responsables de la synthèse de l’intermédiaire de CFA soit le 2-carboxy-2-cyclopentenone à partir de l’alpha-ketoglutarate et du manoyl-CoA. Les gènes cfa6 et 7 codent pour des polycétides synthases I (PKS) multifonctionnelles requises pour la synthèse du squelette de CFA. Le gène Cfal code pour une coronafacate ligase. Le gène SCAB_79711 code pour une 3-hydroxybutyryl-CoA déhydrogénase qui réduit l’acétoacétyl-CoA en 3-hydroxybutyryl-CoA, un intermédiaire dans la biosynthèse du crotonyl-CoA. Le crotonyl-CoA sert de substrat pour la crotonyl-CoA carboxylase/réductase codée par le gène cfa8 qui permet la conversion du crotonyl-CoA en ethylmanoyl-CoA. Le gène SCAB_79691 code pour une monooxygenase de type P450 pouvant jouer un rôle dans l’ajustement du polycétide produit. Les gènes SCAB_79681

un rôle dans la modification du polycétide. Le gène SCAB_79591 code pour un régulateur de la famille PAS-LuxR tandis que le gène SCAB_79581 n’a pas de fonction connue.

Ces gènes de biosynthèse sont transcrits comme un seul ARNm de cfa1 au gène SCAB_79721 et les gènes SCAB_79581 et SCAB_79591 représentent une autre unité de transcription. La protéine SCAB_79591 (CfaR) active directement l’expression des gènes codant pour Cfa-Ile en se liant à un site dans la région du promoteur de cfa1 (Cheng et al., 2015).

Les phytotoxines coranofacoyles ont des effets variés sur les plantes dont l’hypertrophie des tissus, la chlorose des feuilles, la stimulation de la production d’éthylène, l’accumulation d’anthocyanine, l’inhibition de l’élongation des racines, des changements dans la structure des chloroplastes et l’accumulation d’inhibiteurs de protéinases (Li et al., 2019b).

Le rôle de la CFA-Ile dans la gale commune reste indéterminé. Cependant, une corrélation positive entre la production de CFA-Ile et la sévérité des symptômes développés sur les tissus de tubercules a été suggérée (Cheng et al., 2019).

1.4.3. Enzymes de dégradation

Chez les bactéries phytopathogènes, la capacité de produire des enzymes dégradant les parois cellulaires des plantes représente un atout. Il a été démontré que la production de ces enzymes tels que les pectates lyases, cellulases, lipases et estérases représentaient des facteurs de virulence. Plus récemment, une étude phylogénétique suggérait que les espèces phytopathogènes de Streptomyces peuvent également utiliser un ensemble de protéines dégradant les polymères de plantes (Huguet-Tapia et al., 2016).

Plusieurs enzymes de dégradation ont été identifiées dans les surnageants de culture de

(Komeil et al., 2014a; Padilla-Reynaud et al., 2015a) et une subérinase (Beaulieu et al., 2016), mais leur rôle dans la pathogénicité de S. scabies n’a pas été démontré.

1.4.4. Sidérophores

Le fer est important pour de nombreux processus métaboliques microbiens tels que la réduction d’oxygène pour la synthèse d’ATP, la réduction des précurseurs ribotides de l’ADN, la formation d’hème et autres fonctions essentielles (Neilands, 1995). Le fer est présent en grande quantité, mais celui-ci est généralement peu biodisponible dans les sols. Ceci est dû au peu de solubilité du fer inorganique qui se dissout à des niveaux beaucoup plus faibles que ceux requis pour la croissance des plantes et des bactéries (Crowley, 2006). Pour contrer ce manque de fer, les bactéries produisent des sidérophores afin de chélater celui-ci.

La production de sidérophores joue un rôle important pour la virulence de plusieurs bactéries. Par exemple, il a été démontré chez Pseudomonas syringae pv. tabaci que la production du sidérophore pyoverdine était essentielle pour sa virulence chez le tabac (Taguchi et al., 2010).

S. scabies est connu pour la production des sidérophores pyocheline et scabicheline (Seipke et

al., 2011 ; Kodani et al., 2013).

La production de pyocheline par S. scabies ne semble pas être requise pour le pouvoir pathogène de la bactérie contrairement à Pseudomonas aeruginosa. En effet, des mutants ne produisant pas la protéine SCAB1471 codant pour un peptide synthase non ribosomal (pyocheline synthase) étaient toujours virulents sur des tranches de tubercules ainsi que sur des pousses de radis (Seipke et al., 2011).

Il a été établi que la scabicheline est le produit métabolique d’un groupe de gènes biosynthétiques de peptides nonribosomaux cryptiques identifiés chez S. scabies (Kodani et al., 2013). Le rôle de la scabicheline dans la pathogénicité de S. scabies reste à être élucidé.

1.5 Importance de la subérine dans l’interaction entre S. scabies et la pomme de