L’objectif principal de cette th`ese ´etait d’inf´erer l’histoire ´evolutive de l’esp`ece
X. arboricola en incluant les souches commensales. En effet, ces souches sont tr`es
proches phylog´en´etiquement des individus pathog`enes et ont ´et´e retrouv´ees en
sym-patrie avec celles-ci, on peut donc s’interroger sur les flux de g`enes existant entre
elles. La question de recherche que je me suis pos´ee est donc : Ces souches
com-mensales repr´esentent-elles un risque pour de nouvelles ´emergences ?
Le premier chapitre pr´esente l’´etude de structuration g´en´etique de l’esp`ece
X. arboricola, ainsi que l’´etablissement et l’´evolution des r´epertoires de facteurs
im-pliqu´es dans les traits d’histoire de vie (ET3, MCP, TonB-Dependent Transporters
(TBDT), et adh´esines). Ici, l’objectif ´etait tout d’abord de connaitre les relations
g´en´etiques entre souches commensales et pathog`enes et de d´eterminer l’intensit´e
des forces ´evolutives qui s’exercent au sein des populations identifi´ees, c’est-`a-dire
de comparer l’intensit´e de la recombinaison homologue par rapport `a la mutation.
Le second objectif ´etait d’´etudier le contenu en g`enes impliqu´es dans les traits
d’histoire de vie chez les diff´erentes populations et d’identifier les ´ev´enements de
gains et de pertes de facteurs de virulence au sein de cette esp`ece. Cette ´etude a
´et´e r´ealis´ee en utilisant une collection de 187 souches, pathog`enes et commensales,
dont les s´equences partielles de 7 g`enes de m´enage ´etaient disponibles. De plus,
les r´epertoires de facteurs de virulence ont ´et´e ´etablis par PCR
6dans une
sous-collection de 47 souches. Dans ce chapitre, nous avons montr´e l’existence de trois
6
groupes g´en´etiques au sein de l’esp`ece X. arboricola : le groupe A, compos´e des
pathovars pruni,juglandis et corylina, le groupe B, compos´e d’un grand nombre de
souches commensales et des pathovarsarracaciae, guizotiae, fragariae, celebensis et
zantedeschiae ainsi que les souches pathog`enes du piment, et le groupe C, compos´e
de quelques souches commensales et du pathovarpopuli.
Dans le deuxi`eme chapitre, nous nous sommes interrog´es sur l’existence d’un
flux de g`enes entre populations pathog`enes et commensales. Nous avons ´etudi´e, en
particulier, les ´ev´enements de recombinaison homologue et h´et´erologue, par le biais
de la recherche des ´el´ements g´en´etiques mobiles entre les groupes g´en´etiques identifi´es
au sein de l’esp`eceX. arboricola sur la base de s´equences g´enomiques. L’objectif de
cette ´etude ´etait de d´eterminer le flux g´enique entre les diff´erents groupes g´en´etiques
ainsi que son intensit´e et son orientation. Cette ´etude a ´et´e r´ealis´ee sur une collection
de 44 g´enomes de souches de X. arboricola comprenant 36 g´enomes de souches
ca-ract´eris´ees dans le chapitre 1, et les 8 g´enomes disponibles publiquement en d´ecembre
2014. Dans ce chapitre, nous avons montr´e que le groupe C n’appartenait pas `a
l’esp`ece X. arboricola et donc le flux g´enique a ´et´e ´etudi´e entre les groupes A et
B, uniquement. Nous avons montr´e la persistance d’un flux de g`enes au cours de
la divergence entre ces deux groupes, ainsi qu’une asym´etrie du flux de g`enes du
groupe A vers le groupe B.
La persistance du flux de g`enes au cours de la divergence sugg`ere que les
souches des groupes A et B vivent en sympatrie. L’objectif du troisi`eme chapitre
´etait de mieux comprendre l’´ecologie des souches commensales sur la plante et de
d´eterminer si elles partagent les mˆemes niches ´ecologiques que les souches pathog`enes.
Pour cela, les principaux m´ecanismes impliqu´es dans les phases de colonisation et
d’installation `a savoir la mobilit´e, l’adh´esion et la formation de biofilm, ont ´et´e
recherch´es dans une collection de 40 souches pour lesquelles les g´enomes ont ´et´e
s´equenc´es pour ce projet de th`ese. De plus, des analyses d’antibiose ont ´et´e r´ealis´ees
en confrontant deux `a deux les souches pathog`enes et les souches commensales, afin
de d´eterminer si elles peuvent coexister sur une mˆeme plante. Dans ce chapitre,
nous avons montr´e que les souches commensales sont capables de r´ealiser les phases
pr´ecoces du cycle infectieux bien que, contrairement aux souches pathog`enes, elles
soient incapables d’engager un processus infectieux. Enfin, les analyses d’antibiose
ont montr´e que les deux types de souches peuvent coexister.
L’importance du SST3 et des ET3 dans l’´emergence des clones ´epid´emiques a
´et´e mise en ´evidence dans le chapitre 1. Ces analyses sugg`erent aussi le caract`ere
ancestral du SST3 chez l’esp`eceX. arboricolaet sa perte chez certaines souches
com-mensales. Dans le quatri`eme chapitre de cette th`ese, nous avons retrac´e l’histoire
´evolutive du SST3 qui est le principal facteur de virulence, au sein du genre
´etude ´etait de d´eterminer si ce syst`eme avait ´et´e acquis chez l’ancˆetre commun
desXanthomonas puis perdu, et ´eventuellement r´e-acquis chez certaines souches ou
s’il avait ´et´e acquis de mani`ere ind´ependante dans plusieurs lign´ees de ce genre.
Cette ´etude a ´et´e r´ealis´ee en utilisant une collection de 82 g´enomes repr´esentant
l’ensemble des esp`eces appartenant `a ce genre, telles que d´efinies par Young et al.
2008. Nous montrons que le syst`eme de s´ecr´etion a ´et´e acquis de mani`ere
ances-trale dans l’histoire ´evolutive du genre, puis il a ´et´e perdu dans certaines lign´ees de
souches commensales.
Enfin, dans le dernier chapitre, je discuterai ces r´esultats dans leur globalit´e
et essaierai de montrer en quoi ils contribuent `a une meilleure compr´ehension des
´emergences d’agents pathog`enes chez les Xanthomonas. Je pr´eciserai ´egalement
comment ils peuvent contribuer `a la pr´ediction des ´emergences de nouveaux agents
pathog`enes dans ce genre.
Introduction
Afin de d´eterminer le rˆole que peuvent avoir les bact´eries commensales dans
l’´emergence de nouvelles maladies, l’objectif de ce premier chapitre
7´etait de
d´etermi-ner la structure de population de l’esp`eceX. arboricola en int´egrant sa composante
commensale et d’inf´erer les ´ev´enements de gains et de pertes de g`enes li´es `a
l’interac-tion avec la plante au cours de l’histoire ´evolutive de cette esp`ece. En effet, X.
ar-boricola est compos´ee `a la fois de souches commensales et pathog`enes (Vauterin et
al. 1996 ; Vandroemme et al. 2013, Essakhi et al. 2015 ; Cesbron et al. 2015). Une
premi`ere analyse de diversit´e de grande ampleur de l’esp`ece a port´e principalement
sur la composante pathog`ene ; elle n’incluait pas de souches commensales
(Fischer-Le Saux et al. 2015). L’´etude de la diversit´e g´en´etique des souches pathog`enes
et commensales isol´ees de noyer a montr´e que ces derni`eres ´etaient diff´erentes des
souches pathog`enes et formaient plusieurs groupes monophyl´etiques (Essakhi et al.
2015). Des souches commensales isol´ees d’un grand nombre d’esp`eces hˆotes ont ´et´e
incluses dans l’´etude pr´esent´ee ici ; de plus, l’ensemble de la diversit´e des souches
pathog`enes est repr´esent´e. Cette ´etude porte donc, sur une collection repr´esentative
de la diversit´e connue de cette esp`ece (187 souches) pour laquelle une analyse de
g´en´etique de population bas´ee sur 7 g`enes de m´enage a ´et´e r´ealis´ee. Elle a permis
de mettre en ´evidence que les souches commensales forment un r´eseau de souches
recombinantes. Au sein de ce r´eseau, on retrouve certaines souches pathog`enes
7
Diff´erentes personnes ont particip´e `a l’´elaboration de ce travail. Sophie Bonneau a r´ealis´e le s´equen¸cage des g`enes de m´enage d’une partie de la collection ainsi que la recherche des effecteurs de type 3 par PCR pour l’ensemble de la collection, et a r´ealis´e les premi`eres analyses d’inf´erence de gains et de pertes au cours de l’histoire ´evolutive. Au cours de son stage de Master 2 r´ealis´e avant mon arriv´ee dans l’´equipe, Jean-Fran¸cois Guimbaud a s´equenc´e les g`enes de m´enage d’un grand nombre de souches commensales, ce qui a permis d’identifier celles appartenant `a l’esp`ece
X. arboricola. Karine Durand et Chrystelle Brin ont r´ealis´e la recherche par PCR de l’ensemble des facteurs impliqu´es dans les phases pr´ecoces de l’interaction (MCP et adh´esines), Tristan Boureau a aid´e pour la r´ealisation des PCR et l’interpr´etation des r´esultats li´es aux effecteurs de type 3. Christophe Lemaire a particip´e aux discussions concernant les analyses de g´en´etique des popula-tions, leur interpr´etation et la r´edaction du manuscrit. Marie-Agn`es Jacques et Marion Fischer-Le Saux m’ont encadr´ee tout au long de ce projet pour les questions biologiques, l’analyse des donn´ees, leur interpr´etation et la r´edaction du manuscrit. Pour ma part, j’ai r´ealis´e l’ensemble des analyses de g´en´etique des populations, j’ai continu´e celles concernant les facteurs impliqu´es dans les traits d’histoire de vie, et r´edig´e le manuscrit.
appartenant `a des pathovars `a faible incidence (unsuccessful pathovars) car leur
ex-pansion est limit´ee ainsi que leur impact ´economique. Les pathovars responsables
d’´epid´emies `a l’´echelle mondiale avec un impact ´economique majeur, quant `a eux,
forment des clones ´epid´emiques. Ainsi, l’esp`eceX. arboricola pr´esente une structure
´epid´emique, telle que d´efinie par Maynard-Smith et al. en 1993. La seconde partie
de l’´etude est bas´ee sur l’analyse d’une matrice de pr´esence/absence des g`enes
im-pliqu´es dans les traits d’histoire de vie (g`enes du syst`eme de s´ecr´etion de type 3 et
ses effecteurs et g`enes codants des Methyl-accepting Chemotaxis Proteins (MCP),
adh´esines et TonB Dependent Transporters (TBDT). Ces donn´ees ont ´et´e acquises
par PCR et les profils de certaines souches ont ´et´e valid´es en utilisant les g´enomes
disponibles publiquement. Les r´epertoires d’effecteurs de type 3 sont tr`es contrast´es
entre les souches commensales et les pathovars non performants d’une part, et les
pathovars performants d’autre part. Au contraire, les r´epertoires de g`enes impliqu´es
dans les phases pr´ecoces de l’interaction (MCP, adh´esines, TBDT) n’ont pas montr´e
de diff´erence notable suivant le profil pathologique des souches. Ainsi, l’inf´erence de
gains et de pertes de g`enes au cours de l’histoire ´evolutive de l’esp`ece a montr´e que
l’ancˆetre commun de l’esp`ece poss´edait un syst`eme de s´ecr´etion de type 3 et un
nom-bre restreint d’effecteurs, `a partir de celui-ci les souches pathog`enes ont acquis de
nouveaux effecteurs, tandis que certaines souches commensales ont perdu ces g`enes.
D’autres souches commensales, quant `a elles, ont conserv´e le r´epertoire ancestral.
De plus, il a ´et´e montr´e que huit g`enes d’effecteurs avaient ´et´e acquis par l’ancˆetre
commun des trois clones ´epid´emiques et pourraient donc ˆetre `a l’origine de leur
caract`ere ´epid´emique. Cette ´etude a ´et´e publi´ee dans “ Environmental
Microbio-logy Report ”. Dans ce chapitre, les souches commensales
8sont appel´ees “souches
non pathog`enes”, ce qui correspond au terme utilis´e au d´ebut de ma th`ese pour ces
souches.
8
Parmi les souches commensales, nous avons inclus les souches du pathovar fragariae.
Cepen-dant, l’article de Karamura et al. (2015) a ´et´e publi´e plus tard, donc les souches du pathovar
Recombination-prone bacterial
strains form a reservoir from
which epidemic clones emerge in
agroecosystems
Merda D.*, Bonneau S.*, Guimbaud J F., Durand K., Brin C., Boureau T., Lemaire
C., JacquesM A
$., Fischer-Le Saux M
$.
* These authors contributed equally to this work. $ These authors contributed equally to this work.
Abstract
The acquisition of virulence-related genes through horizontal gene transfer can
modify the pathogenic profiles of strains and lead to the emergence of new
dis-eases. Xanthomonas arboricola is a bacterial species largely known for the damage
it causes to stone and nut fruit trees worldwide. In addition to these host-specific
populations called pathovars, many nonpathogenic strains have been identified in
this species. Their evolutionary significance in the context of pathogen emergence
is unknown. We looked at seven housekeeping genes amplified from 187 pathogenic
and nonpathogenic strains isolated from various plants worldwide to analyze
popu-lation genetics and recombination dynamics. We also examined the dynamics of the
gains and losses of genes associated with life history traits (LHTs) duringX.
arbori-cola evolution. We discovered that X. arboricola presents an epidemic population
structure. Successful pathovars of trees (i.e., pruni, corylina, and juglandis) are
epidemic clones whose emergence appears to be linked to the acquisition of eight
genes coding for Type III effectors. The other strains of this species are part of
a recombinant network, within which LHT-associated genes might have been lost.
We suggest that nonpathogenic strains, because of their high genetic diversity and
propensity for recombination, may promote the emergence of pathogenic strains.
Dans le document
Histoire évolutive de Xanthomonas arboricola, espèce bactérienne composée de souches pathogènes et commensales
(Page 100-114)