L'étude de la reconnaissance de Plasmopara viticola par les récepteurs VRP1 et de la régulation de la défense contre les pathogènes par les facteurs de transcription VvWRKY33 et VvERF5 chez la vigne (Vitis sp.)
Soutenu par la Société allemande de recherche (DFG)
Ce projet a été traité dans le cadre d'une thèse de doctorat par le Dr Patrick Merz.
Résumé
La vigne(Vitis vinifera L. ssp. vinifera) est l'une des plantes cultivées les plus importantes au monde. Sa grande sensibilité à un grand nombre de pathogènes, notamment l'oïdium(Erysiphe necator) et le mildiou(Plasmopara viticola), constitue une menace économique particulière pour la viticulture et peut entraîner des pertes de récolte considérables. C'est notamment pour cette raison que deux tiers de la quantité totale de fongicides sont utilisés en viticulture en Europe. Pour réduire l'utilisation de fongicides, il faut créer de nouvelles variétés de vigne résistantes (par ex. `Regent'), sachant que la sélection croisée classique utilisée est un processus de longue haleine. Les mécanismes qui confèrent aux cépages résistants une résistance accrue sont toutefois en grande partie inconnus. L'identification et la caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la régulation des mécanismes de résistance pourraient donc contribuer à améliorer et à accélérer la création de nouvelles variétés de vigne résistantes.
Les puces à ADN ont permis d'identifier une série de gènes, dont des récepteurs et des facteurs de transcription (TF), qui ont montré une induction plus rapide et plus forte dans les cépages résistants par rapport aux cépages sensibles, mais dont seuls quelques gènes isolés ont pu être caractérisés fonctionnellement jusqu'à présent. Dans le cadre de ce travail, la fonction d'une famille de récepteurs dans la défense contre P. viticola a donc été démontrée et les différences de régulation transcriptionnelle de la réponse à la résistance par les TF ont ensuite été étudiées entre un cépage sensible et un cépage résistant. Pour ce faire, la première partie du projet a consisté à caractériser les gènes de la famille des récepteurs VRP1(Vitis Resistance to Plasmopara 1). La comparaison in silico des trois récepteurs chimériques VRP1 entre le cépage sensible `Lemberger' et le cépage résistant `Regent' n'a pas montré de différences de séquence. La localisation des protéines VRP1 après fusion avec la protéine fluorescente verte (GFP) dans les protoplastes d'une culture en suspension(V. vinifera cv. `Chardonnay') par microscopie confocale a pu démontrer que les trois constructions VRP1 se trouvaient dans le cytoplasme. De plus, une analyse qPCR a permis de démontrer que les récepteurs dans le `Regent' résistant, par rapport au `Lemberger' sensible, ont été spécifiquement induits par l'infection avec P. viticola, ce qui laisse supposer une fonction dans la défense contre P. viticola. La transformation transitoire des gènes VRP1 dans des feuilles de vigne, suivie d'une infection par P. viticola, a montré que l'expression de VRP1-3 entraînait une augmentation de la résistance pouvant atteindre 50 %. En outre, les gènes VRP1 ont été transformés de manière stable dans Arabidopsis thaliana. Suite à la surexpression de VRP1-3, une amélioration de la résistance des plantes d'Arabidopsis transgéniques contre Hyaloperonospora arabidopsidis allant jusqu'à 50 % a également été détectée.
Dans la deuxième partie du travail, l'inductibilité du gène de résistance VvPR10.1 (Pathogenesis Related 10.1) par les TF et son effet sur la résistance ont été étudiés. L'analyse d'induction du promoteur a permis de montrer que les TFs VvWRKY33, VvERF5 et VvCZF1 pouvaient induire le promoteur de VvPR10.1, ce qui indiquait un rôle dans la défense. En outre, il a été démontré in vivo qu'une induction de VvWRKY33 dans les feuilles de vigne de serre, provoquée par une infection par P. viticola, entraînait à son tour une augmentation de l'expression de VvPR10.1. L'expression ectopique des TF dans les feuilles de vigne, suivie d'une infection par P. viticola, a montré que l'expression de VvWRKY33 et de VvERF5 entraînait une augmentation de la résistance de 50 à 70 %. En outre, la complémentation du mutant knock-out d'A. thalianawrky33-1 avec VvWRKY33 a démontré que l'expression dans le système hétérologue d'Arabidopsis pouvait rétablir le phénotype du type sauvage, en ce qui concerne la résistance. En outre, une augmentation significative de la résistance à H. arabidopsidis et à Botrytis cinerea a même pu être obtenue par rapport au type sauvage Col-0. Dans le cadre de ce travail, il a donc été prouvé pour la première fois que l'expression ciblée du récepteur VRP1-3 ainsi que des TFs VvWRKY33 et VvERF5 dans la vigne pouvait induire une résistance accrue à P. viticola . Ceci constitue une base pour l'élucidation des mécanismes de résistance sous-jacents, et donc pour le développement de nouveaux marqueurs moléculaires afin d'améliorer et d'accélérer la création de nouvelles variétés de vigne résistantes.
Publications :
Merz et al (2014) : The transcription factor VvWRKY33 is involved in the regulation of grapevine(Vitis vinifera) defence against the oomycete pathogen Plasmopara viticola. In : Physiologia Plantarum Volume 153, Issue 3
Merz Patrick (2014) : L'étude de la reconnaissance de Plasmopara viticola par les récepteurs VRP1 et la régulation de la défense contre les pathogènes par les facteurs de transcription VvWRKY33 et VvERF5 chez la vigne(Vitis sp.). Thèse de doctorat