Régulation de la défense contre les pathogènes de la vigne

La vigne (Vitis vinifera L. ssp. vinifera) compte parmi les cultures les plus importantes au monde. Sa grande sensibilité à une multitude d'agents 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, en Europe, les deux tiers de la quantité totale de fongicides sont utilisés en viticulture. Afin de réduire l’utilisation de fongicides, de nouveaux cépages résistants (par exemple « Regent ») doivent être sélectionnés, mais la méthode classique de sélection par croisement est un processus de longue haleine. Les mécanismes à l’origine de cette résistance accrue chez les cépages résistants sont toutefois en grande partie inconnus. L’identification et la caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la régulation des mécanismes de résistance pourraient ainsi contribuer à améliorer et à accélérer la sélection de nouveaux cépages résistants.

Grâce à des puces à ADN, une série de gènes a pu être identifiée, parmi lesquels des récepteurs et des facteurs de transcription (FT), qui présentaient une induction plus rapide et plus forte chez les cépages résistants que chez les cépages sensibles ; cependant, seuls quelques-uns de ces gènes 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 mise en évidence, puis les différences de régulation transcriptionnelle de la réponse de résistance par les TF entre un cépage sensible et un cépage résistant ont été étudiées. À cette fin, la première partie du projet a consisté à caractériser les gènes de la famille de récepteurs VRP1 (Vitis Resistance to Plasmopara 1). La comparaison in silico des trois récepteurs VRP1 chimériques entre le cépage sensible « Lemberger » et le cépage résistant « Regent » n’a révélé aucune différence 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 ») à l’aide d’un microscope confocal a permis de démontrer que les trois constructions VRP1 se trouvaient toutes dans le cytoplasme. De plus, une analyse par qPCR a permis de démontrer que, chez le cépage résistant « Regent » par rapport au cépage sensible « Lemberger », les récepteurs étaient spécifiquement induits par une infection par P. viticola, ce qui suggère un rôle 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 %. De plus, les gènes VRP1 ont été transformés de manière stable chez Arabidopsis thaliana. Suite à la surexpression de VRP1-3, une amélioration de la résistance des plantes transgéniques d’Arabidopsis contre Hyaloperonospora arabidopsidis pouvant atteindre 50 % a également pu être détectée.

Dans la deuxième partie de ce travail, l'inductibilité du gène de résistance VvPR10.1 (Pathogenesis Related 10.1) par des facteurs de transcription (TF) et son effet sur la résistance ont été étudiés. Une analyse de l’induction du promoteur a permis de montrer que les facteurs de transcription VvWRKY33, VvERF5 et VvCZF1 étaient capables d’induire le promoteur de VvPR10.1, ce qui suggère un rôle dans la défense. Il a en outre été démontré in vivo que l’induction de VvWRKY33, provoquée par une infection à P. viticola dans les feuilles de vigne cultivées en serre, entraînait à son tour une augmentation de l’expression de VvPR10.1. L'expression ectopique de ces facteurs de transcription dans des 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 %. De plus, la complémentation du mutant knock-out wrky33-1d’A. thaliana par VvWRKY33 a permis de démontrer que l’expression dans le système hétérologue d’Arabidopsis pouvait rétablir le phénotype du type sauvage en termes de résistance. De plus, 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 ces travaux, il a ainsi été démontré pour la première fois que l’expression ciblée du récepteur VRP1-3 ainsi que des facteurs de transcription VvWRKY33 et VvERF5 chez la vigne pouvait induire une résistance accrue à P. viticola. Cela constitue une base pour l’élucidation des mécanismes de résistance sous-jacents, et donc pour le développement de nouveaux marqueurs moléculaires visant à améliorer et à accélérer la sélection de nouveaux cépages résistants.

Publications

Merz et al. (2014) : Le facteur de transcription VvWRKY33 intervient dans la régulation de la défense de la vigne (Vitis vinifera) contre l’oomycète pathogène Plasmopara viticola. Dans : Physiologia Plantarum, volume 153, numéro 3

Merz Patrick (2014) : Étude de la reconnaissance de Plasmopara viticola par les récepteurs VRP1 et de la régulation de la défense contre le pathogène par les facteurs de transcription VvWRKY33 et VvERF5 chez la vigne (Vitis sp.). Thèse de doctorat