The biocontrol bacterium Pseudomonas fluorescens Pf29Arp strain affects the pathogenesis-related gene expression of the take-all fungus Gaeumannomyces graminis var. tritici on wheat roots

The main effects of antagonistic rhizobacteria on plant pathogenic fungi are antibiosis, fungistasis or an indirect constraint through the induction of a plant defence response. To explore different biocontrol mechanisms, an in vitro confrontation assay was conducted with the rhizobacterium Pseudomonas fluorescens Pf29Arp as a biocontrol agent of the fungus Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt) on wheat roots. In parallel with the assessment of disease extension, together with the bacterial and fungal root colonization rates, the transcript levels of candidate fungal pathogenicity and plant-induced genes were monitored during the 10-day infection process. The bacterial inoculation of wheat roots with the Pf29Arp strain reduced the development of Ggt-induced disease expressed as attack frequency and necrosis length. The growth rates of Ggt and Pf29Arp, monitored through quantitative polymerase chain reaction of DNA amounts with a part of the Ggt 18S rDNA gene and a specific Pf29Arp strain detection probe, respectively, increased throughout the interactions. Bacterial antagonism and colonization had no significant effect on root colonization by Ggt. The expression of fungal and plant genes was quantified in planta by quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction during the interactions thanks to the design of specific primers and an innovative universal reference system. During the early stages of the tripartite interaction, several of the fungal genes assayed were down-regulated by Pf29Arp, including two laccases, a β-1,3-exoglucanase and a mitogen-activated protein kinase. The plant host glutathione-S-transferase gene was induced by Ggt alone and up-regulated by Pf29Arp bacteria in interaction with the pathogen. We conclude that Pf29Arp antagonism acts through the alteration of fungal pathogenesis and probably through the activation of host defences

Au coeur de l'intimité des champignons et des bactéries

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ETUDE DE LA SPECIFICITE DE COLONISATION RACINAIRE DU BLE PAR PSEUDOMONAS FLUORESCENS PF29A, ANTAGONISTE DE GAEUMANNOMYCES GRAMINIS VAR. TRITICI, L'AGENT DU PIETIN-ECHAUDAGE

L'ACCROISSEMENT DES POPULATIONS DE P. SPP. FLUORESCENTS OBSERVES AU CHAMP SUR LE RHIZOPLAN DU BLE EST SOUVENT ASSOCIE AU DECLIN DU PIETIN-ECHAUDAGE DU BLE. LE DECLIN DU PIETIN-ECHAUDAGE CONSTITUE UN PROCESSUS NATUREL DE REDUCTION DE L'IMPACT AU CHAMP DE CETTE MALADIE CAUSEE PAR LE CHAMPIGNON GAEUMANNOMYCES GRAMINIS VAR. TRITICI (GGT). CETTE REDUCTION DE MALADIE EST ASSOCIEE A LA COLONISATION RACINAIRE DU BLE PAR DES SOUCHES DE P. SPP. FLUORESCENTS ANTAGONISTES DE GGT. LA SOUCHE DE P. FLUORESCENS PF29A APPARTIENT A UN GROUPE D'HOMOLOGIE REP-PCR DONT L'EXTENSION EST LIEE A LA PRESENCE DE NECROSES RACINAIRES. CETTE SOUCHE EST ANTAGONISTE DE GGT IN SITU. LE SUIVI SPECIFIQUE DE PF29A AVEC UN MARQUEUR RAPD A DEMONTRE QUE LA PRESENCE DE GGT STIMULAIT FORTEMENT ET SPECIFIQUEMENT LA COLONISATION DU RHIZOPLAN PAR LA SOUCHE PF29A LORSQU'ELLE EST INTRODUITE DANS UN SOL NON STERILE. PF29A PRESENTE EGALEMENT UN FORT POTENTIEL DE COLONISATION DU RHIZOPLAN EN ABSENCE DE GGT ET DE NECROSES. L'ETUDE DU NOMBRE ET DE LA DIVERSITE DES PROFILS RAPD OBSERVES POUR LES COMMUNAUTES INDIGENES DE P. SPP. FLUORESCENTS DU RHIZOPLAN NOUS ONT PERMIS D'EVALUER L'EFFET DE PF29A ET DE GGT SUR LA STRUCTURE ET LA DIVERSITE DE CES COMMUNAUTES. L'INTRODUCTION DE GGT DANS LE SOL ENTRAINE UNE MODIFICATION DES STRUCTURES ET DE LA DIVERSITE DES COMMUNAUTES INDIGENES DE P. SPP. FLUORESCENTS. L'INTRODUCTION DE PF29A, UNIQUEMENT EN PRESENCE DE GGT, ACCROIT FORTEMENT CETTE SELECTION. LA SOUCHE PF29A SELECTIONNE EN SYNERGIE AVEC GGT, LES P. SPP. FLUORESCENTS INDIGENES. UNE RELATION ATYPIQUE EST MISE EN EVIDENCE ENTRE LA DOSE DE PF29A INTRODUITE DANS LE SOL ET LA REDUCTION DE LA GRAVITE DU PIETIN-ECHAUDAGE. LES MODELES EXPONENTIELS NEGATIFS BASES SUR DES EXPERIMENTATIONS DOSE-EFFET NE PEUVENT TENIR COMPTE D'UN PLATEAU ET D'UNE ASYMPTOTE DE REDUCTION DE MALADIE OBSERVES POUR PF29A. CE PLATEAU ET CETTE ASYMPTOTE SUGGERENT L'EXISTENCE DE PLUSIEURS MODES D'ACTION DE PF29A, SOIT ACTIVES PAR UNE DOSE SEUIL, SOIT RENFORCES A PARTIR D'UNE CERTAINE DENSITE BACTERIENNE. EN OUTRE, PF29A STIMULE LA CROISSANCE DU BLE. LA DYNAMIQUE DE COLONISATION DE PF29A SUR LE RHIZOPLAN DU BLE EST SIMILAIRE POUR DEUX DOSES CORRESPONDANT AU DEBUT DU PLATEAU ET DE L'ASYMPTOTE. UN FORT ACCROISSEMENT DES POPULATIONS CULTIVABLES DE LA SOUCHE COINCIDE AVEC LE DEVELOPPEMENT DES NECROSES DE PIETIN-ECHAUDAGE OBSERVE ENTRE 20 ET 25 JOURS. L'APPLICATION DE LA TECHNIQUE SCAR A UN AMPLIFIAT RAPD SPECIFIQUE DE PF29A A PERMIS LA SYNTHESE D'UN COUPLE D'AMORCES SPECIFIQUES DE LA SOUCHE. LA MISES AU POINT D'UNE TECHNIQUE DE PCR SEMI-QUANTITATIVE A CONFIRME LA FAIBLE PROPORTION DE BACTERIES CULTIVABLES DANS LES POPULATIONS TOTALES DE PF29A. LE ROLE IMPORTANT JOUE PAR LES NECROSES DE PIETIN-ECHAUDAGE DANS LA MISE EN PLACE DE L'ANTAGONISME DES P. SPP. FLUORESCENTS CONTRE GGT EST CONFIRME PAR CETTE ETUDE. NOS RESULTATS SOULIGNENT EGALEMENT LA COMPLEXITE DE L'ACTIVITE ANTAGONISTE DE PF29A. LA PCR SEMI-QUANTITATIVE ASSOCIEE AUX AMORCES SCAR FOURNIT UN OUTIL DE QUANTIFICATION DIRECTE DE PF29A SUR LE RHIZOPLAN.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Soil receptivity to take-all: Influence of some cultural practices and soil chemical characteristics.

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Sreening in greenhouse of some treatments to control take-all patch on turfgrass.

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Relationship between pot induced soil suppressiveness to take-all of wheat and populations of fluorescent Pseudomonas

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Evolution of bacterial populations related to decline of take-all patch on turfgrass.

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Implication de la voie oxydative du glucose et de l'induction de résistance systémique dans l'antagonisme de Pseudomonas fluorescens Pf29A vis à vis de Gaeumannomyces graminis var. triciti, l'agent du piétin-échaudage du blé

Pseudomonas fluorescens Pf29A réduit l'impact du piétin-échaudage, maladie tellurique du blé causée par le champignon Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt). Nous avons recherché les modes d'action de la souche Pf29A impliqués dans l'antagonisme. Une antibiose a été révélée in vitro sur le milieu GCY. Le glucose et le galactose entraînaient une forte activité antifongique alors qu'aucune antibiose n'était observée en présence de saccharose ou de fructose. Les sources de carbone responsables de l'activité antagoniste entraînaient également une acidification du milieu (pH 4). Ce pH était responsable de l'antagonisme in vitro car il affectait la croissance fongique. Trois mutants d'antibiose, NA2, NA3, NA4, ont perdu leur capacité d'inhibition. Le gène muté a été caractérisé par la technique de PCR-inverse. Le mutant NA3 est affecté dans le gène gcd codant l'enzyme glucose-déshydrogénase (GDH). La GDH est une enzyme de la voie oxydative qui permet la conversion du glucose en gluconate entraînant l'acidification du milieu. Les séquences d'acides aminés déduites pour les mutants NA2 et NA4 montrent de fortes homologies avec des protéines impliquées dans la biosynthèse de la pyrroloquinoline quinone (PQQ). PQQ est le cofacteur essentiel à l'activité de la GDH. L'implication de la voie oxydative et du pH dans l'antagonisme in vitro a été suggéré par l'incapacité de ces mutants à acidifier le milieu. Des expériences complémentaires ont été effectuées pour évaluer la capacité antagoniste par les mutants in vivo. Le mutant NA3 entraîne que moindre capacité à réduire le piétin-échaudage. La résistance systémique induite (ISR) par la souche Pf29A a été recherchée sur deux génotypes de blé, Talent et L193. Une ISR a été mise en évidence chez la lignée L193 contre le Ggt distant de la souche bactérienne grâce à un test de séparation de racines. Aucune ISR n'a été observée sur les feuilles inoculées par Blumeria graminis, l'agent du mildiou. L'ISR joue un rôle dans la diminution du piétin-échaudage. Deux modes d'action sont impliqués dans l'antibiose de Pf29A. Ces résultats démontrent le rôle de la voie oxydative et ils indiquent que l'acide gluconique et le pH peuvent avoir une action directe dans l'activité antagoniste de la souche Pf29A in situ. Ce travail établit pour la première fois l'existence d'ISR chez les Monocotylédones.In soil, Pseudomonas fluorescens Pf29A reduces the severity of take-all, a wheat root disease caused by the fingus Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt). We investigated the modes of action of Pf29A involved in biocontrol. An in vitro antagonistic activity was revealed on GCY medium. Antagonistic activity was influenced by nutritional conditions. Glucose and galactose enhanced the antifungal activity whereas no antibiosis was shown with sucrose or fructose. The high concentration of carbon sources that enhanced antibiosis also lead to a medium acidification (pH 4). This low pH was directly involved in Pf29A antagonism because it affected fungal growth. Three mutants, NA2, NA3, NA4, lose their ability to inhibit fungal growth on GCY. The mutated gene was characterised by inverse-PCR techniques. For NA3, gcd encoding glucose dehydrogenase (GDH) is affected. GDH initiates a direct oxidation of glucose to gluconate by the periplasmic oxidative pathway which leads to a medium acidification. The deduced amino acids sequences of NA2 and NA4 share regions highly homologous with proteins involved in the biosynthesis of pyrroloquinoline quinone (PQQ). PQQ is the cofactor required for GDH activity. The involvement of the direct oxidative pathways and of pH in in vitro biocontrol was suggested by the failure of these mutants to acidify the medium. Additional experiments were conducted in vivo to evaluate the biocontrol activity of the mutant inoculated in soil or in a gnotobiotic system. Mutant NA3 showed a reduced capacity to suppress take-all compared with the parental strain. Systemic resistance (ISR) induced by a root colonisation of Pf29A has been investigated on two wheat genotypes, L193 and Talent. Pf29A applied to roots could induce resistance in L193 against spatially distant Ggt in a split-root system. No induce resistance in leaves inoculated by B. graminis, the powdery mildew agent, have been shown. ISR takes part in the suppression of take-all by Pf29A. This study reveals two modes of action involved in Pf29A antibiosis toward Ggt. The results demonstrate the role of the oxidative pathway in biocontrol and they indicate that gluconate acid and pH could have a direct effect in suppression of take-all by Pf29A in situ. This work establishes for the first time the existence of ISR in Monocotyledons.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF