Abstract :
[en] Streptomyces are filamentous soil-dwelling bacteria that actively participate in the mineralization of dead organic matter. Members of this bacterial genus are commonly known for the plethora of secondary metabolites of interest they secrete. Predominantly saprophytes, some Streptomyces species have been proved to be phytopathogenic. The most widespread and best characterized of these species is Streptomyces scabies which is the causative agent of the common scab disease that affects the underground organs of many plants with a preference for storage organs such as potato tubers or pivot roots (beet, turnip, carrot, etc.). Common scab is characterized by brown and corky lesions on the infected organs and causes significant economic losses around the world.
The pathogenicity of S. scabies is directly related to its ability to produce the phytotoxin thaxtomin. Unveiling when, how and why S. scabies triggers the production of its phytotoxin is therefore of major interest to understand phytopathogenicity and the virulence associated with this bacteria. Previous works identified cellobiose as the main elicitor of thaxtomin production. However, no signaling pathway from the sensing of the eliciting signal to the biosynthesis of thaxtomin has been proposed so far. The aim of this work is to elucidate the molecular mechanisms involved in the onset of thaxtomin production in the model species S. scabies.
In this work we highlighted the central role of the cellulose utilization transcriptional repressor CebR in S. scabies pathogenicity. Indeed, we showed that this regulator directly controls the expression of thaxtomin biosynthesis genes, but also the expression of genes involved in sensing, transport and catabolism of cellooligosaccharides. Together, our results allow to propose a first signaling pathway from cellooligosaccharide transport to the production of thaxtomin in S. scabies, with each step of the cascade controlled by CebR.
The results obtained in the course of this thesis extended well beyond the fundamental research scope of elucidating the mechanisms associated with the onset of virulence of S. scabies. Indeed, assessed if/how our findings could propose solutions to current industrial biotechnology iapplications, i.e. i) to provide a mutant that constitutively produce thaxtomine could improve the production yields of this promising bioherbicide, and ii) to assess the enzymatic characteristics of a Beta-glucosidase of S. scabies as possible candidate in lignocellulose saccharification processes.
[fr] Les Streptomyces sont des microorganismes filamenteux vivant dans le sol où ils participent activement à la minéralisation de la matière organique morte. Les membres de ce genre bactérien sont principalement connus pour le nombre pléthorique et la grande variété de métabolites secondaires d’intérêts qu’ils sécrètent. Majoritairement saprophytes, quelques espèces de Streptomyces se sont néanmoins révélées être pathogènes pour les végétaux. La plus répandue et la plus caractérisée de ces espèces est Streptomyces scabies qui est responsable de la gale commune qui touche les organes souterrains de nombreux végétaux avec une préférence pour les organes de réserve tels que les tubercules de pommes de terre ou les racines pivots (betteraves, navets, carottes, etc.). Cette affection se caractérise par des lésions brunâtres et disgracieuses au niveau des organes infectés et engendre des pertes économiques importantes dans plusieurs régions du monde.
Le caractère pathogène de S. scabies est directement lié à sa capacité à produire la thaxtomine. Comprendre quand, comment et pourquoi S. scabies déclenche la production de cette phytotoxine est donc d’un intérêt majeur dans l’étude de la pathogénicité et la virulenceassociée à cette bactérie. Les travaux antérieurs visant à répondre à ces questions ont notamment identifié le cellobiose comme étant la molécule élicitrice pricipalement responsable de l’induction de la production de thaxtomine. Cependant, aucune voie de signalisation complète depuis la perception du signal éliciteur jusqu’à la synthèse de thaxtomine n’a encore été proposée. L’objectif de ce travail était d’élucider les mécanismes moléculaires associés au déclenchement de la production de thaxtomine chez l’espèce modèle S. scabies.
Au cours de ce travail nous avons mis en évidence le rôle central du répresseur transcriptionnel CebR dans le déclenchement de la pathogénicité chez S. scabies. En effet, nous avons montré que ce régulateur contrôle directement l’expression des gènes de biosynthèse de thaxtomine, mais également l’expression des gènes responsables de la perception, du transport et du catabolisme des éliciteurs induisant la synthèse de la phytotoxine. Ensemble, ces résultats nous ont permis de proposer un premier modèle de la voie de signalisation depuis le transport de cellooligosaccharides jusqu’au déclenchement du comportementpathogène de S. scabies.
Au-delà de l’aspect fondamental, nous avons également cherché à exploiter certains des résultats obtenus afin de proposer des solutions à certains obstacles rencontrés dans différents secteurs de biotechnologie industrielle à savoir, i) proposer un mutant constitutif de production de thaxtomine afin d’augmenter les rendements de production ce bioherbicide prometteur, et ii) évaluer les propriétés enzymatiques d’une Beta-glucosidase de S. scabies en vue d’une exploitation dans les processus de saccharification de la lignocellulose.
