Study of Soft Rot Pectobacteriaceae (SRP) associated with surface water : from their distribution and diversity in this environment to analysis of their genomes
Etude des Soft Rot Pectobacteriaceae (SRP) associées aux eaux de surface : de leur répartition et diversité dans cet environnement à l’analyse de leurs génomes
Résumé
Bacteria of the genera Pectobacterium, Dickeya and Musicola are plant pathogens collectively known as Soft Rot Pectobacteriaceae (SRP). These pathogens cause significant damage to economically important crops and ornamentals. The main characteristic of these pathogens is their ability to secrete large amounts of plant cell wall degrading enzymes (PCWDE), causing rotting symptoms on plants. Earlier studies showed that SRP are isolated from various non-host environments, such as water, soil and insects. However, the diversity of SRP associated with these environments is poorly described. To investigate the diversity of strains isolated from water, a sampling campaign was conducted in the Durance River between 2015 and 2017, and 582 SRP strains were isolated. During my PhD, using a polyphasic approach, I described a new species, Pectobacterium quasiaquaticum, isolated from water in the Durance River and the Planaqua Lakes (CEREEP-ECOTRON Île De France). I then studied the diversity of the collected strains isolated from the Durance River, and showed that two species, Pectobacterium aquaticum and Pectobacterium versatile, were predominant in the river water. In contrast, the genus Dickeya was rarely isolated from the water. Moreover, SRP species responsible for outbreaks in crops were rarely found in water. P. aquaticum and P. quasiaquaticum are two closely related species that were only isolated from water and have not been reported on plants. The genomic and functional characteristics of these two species were compared with other Pectobacterium species commonly isolated from plants. Comparative genomic analysis showed that both species have undergone significant gene loss during their evolution. Among the missing genes, in both species, many are involved in the transport of organic ions, carbohydrates and amino acids. In addition, a virulence assay conducted on four different plants showed that both species were less aggressive than other Pectobacterium species. This phenotype is supported by a reduced capacity to degrade pectate and a smaller number of enzymes involved in the degradation of plant cell wall. Taken together, these results suggest that the ecological niche of these two species is not the plant. I then undertook a Tn-Seq approach to identify the genetic determinants required for the growth and survival of plant pathogenic bacteria in water. Preliminary analysis of Tn-Seq data in water for two species, P. versatile and P. aquaticum, revealed over 200 genes involved in survival in water, with over 50% of these genes being common to both species. In conclusion, this work provides a general description of the diversity and abundance of SRP in river water. It reveals that, with the exception of P. versatile, the SRP species that cause diseases outbreaks and epidemics in crops are rarely present in water. Moreover, my work reveals the peculiar evolution of two exclusively "aquatic" species, P. aquaticum and P. quasiaquaticum, suggesting a change of niche or lifestyle for these two species. Furthermore, my work provides valuable insights into the genetic determinants involved in survival in water, which will be further explored in future research.
Les bactéries des genres Pectobacterium, Dickeya et Musicola sont des pathogènes de plantes collectivement appelés Soft Rot Pectobacteriaceae (SRP). Ces pathogènes causent des dégâts significatifs à des cultures d’importance agronomique et des plantes ornementales. La caractéristique principale de ces pathogènes est leur capacité à sécréter une grande quantité d’enzymes qui dégradent la paroi cellulaire végétale (plant cell wall degrading enzymes : PCWDE), causant les symptômes de pourriture sur les plantes infectées. Des études antérieures ont montré que les SRP ont été isolées de plusieurs environnements non-hôtes, tels que l'eau, le sol et les insectes. Cependant, la diversité des SRP associées à ces environnements est mal décrite. Afin d’étudier la diversité des souches isolées dans l’eau, une campagne d'échantillonnage menée dans la rivière Durance entre 2015 et 2017 a permis d'isoler 582 souches de SRP. Lors de mon doctorat, en utilisant une approche génomique, j’ai décrit une nouvelle espèce isolée dans l’eau de la rivière la Durance et dans les lacs Planaqua (CEREEP-ECOTRON Île De France), nommée Pectobacterium quasiaquaticum. J’ai ensuite étudié la diversité de la collection de souches de SRP isolées de la rivière Durance, ce qui a permis de montrer que deux espèces, Pectobacterium aquaticum et Pectobacterium versatile, étaient prédominantes dans l'eau de rivière. En revanche, le genre Dickeya était rarement isolé dans l'eau. De plus, les espèces responsables des épidémies sur plantes étaient rarement isolées dans l’eau. P. aquaticum et P. quasiaquaticum sont deux espèces proches qui ont été exclusivement isolées d’eau et sont absentes des collections de souches isolées de plantes symptomatiques. J’ai alors étudié les caractéristiques génomiques et fonctionnelles de ces deux espèces en comparaison avec d’autres espèces de Pectobacterium communément isolées de plantes. L'analyse génomique comparative, effectuée sur 80 génomes, a montré que les deux espèces ont subi une perte significative de gènes au cours de leur évolution. Parmi les gènes manquants dans les deux espèces, de nombreux gènes sont impliqués dans le transport d’ions organiques, de glucides et d’acides aminés. De plus, les tests de virulence réalisés sur quatre plantes différentes ont montré que ces deux espèces étaient peu agressives en comparaison d’autres espèces de Pectobacterium. Ce phénotype est appuyé par une capacité réduite pour dégrader le pectate et un nombre plus restreint d’enzymes impliqués dans la dégradation des parois cellulaires de plantes. L’ensemble de ces résultats suggère que la niche écologique de ces deux espèces n’est pas la plante. J’ai ensuite entrepris par une approche Tn-Seq, d’identifier les déterminants génétiques nécessaires à la survie et à la croissance de bactéries pathogènes des plantes dans l'eau. L'analyse préliminaire des données Tn-Seq dans l'eau pour deux espèces, P. versatile et P. aquaticum, a mis en évidence plus de 200 gènes impliqués dans la survie dans l'eau, dont plus 50 % de ces gènes sont communs aux deux espèces. En conclusion, ce travail fournit une description générale de la diversité et de l'abondance des SRP dans l'eau de rivière. Il révèle que, à l'exception de P. versatile, les espèces de SRP à l'origine des épidémies dans les cultures sont rarement présentes dans les eaux. En outre, mon travail révèle également l’évolution particulière de deux espèces exclusivement "aquatiques", P. aquaticum et P. quasiaquaticum, suggérant un changement de niche ou de mode de vie pour ces deux espèces. De plus, mon travail offre une idée sur les déterminants génétiques impliqués dans la survie dans l'eau et qui seront étudiés de manière plus approfondie dans des recherches ultérieures.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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