La technique des protéines fluorescentes vertes révèle les secrets des agents pathogènes spécifiques à l’hôte dans les forêts

Keke Cheng & Shixiao Yude l’Université Sun Yat-sen, discutent de leur article : Déterminants de spécificité des pathogènes en forêt en anglais et en chinois.

Arrière-plan

L’automne est arrivé et les fruits sont mûrs. Les graines tombent de l’arbre et se répandent autour de l’arbre mère, attirant les écureuils qui adorent les manger. Les écureuils sont venus manger un grand nombre de graines et sont repartis satisfaits. Les quelques graines qui survivent s’installent dans le sol puis, au printemps, elles commencent à prendre racine et à devenir des semis. Malheureusement, les plants qui poussent autour de l’arbre mère sont attaqués par des agents pathogènes spécialisés ou des insectes herbivores, si bien que peu d’entre eux survivent. En même temps, cela crée de l’espace pour la progéniture d’autres espèces. Au fil du temps, cet équilibre délicat a permis à de nombreuses espèces de coexister dans la forêt.

Diagramme schématique de l’hypothèse Janzen-Connell (à gauche) et du site d’étude situé dans la réserve naturelle de Heishiding, province du Guangdong, Chine (à droite). Photo de Keke Cheng.

L’hypothèse Janzen-Connell a été proposée par les écologistes afin de révéler la formation et le maintien de la biodiversité dans les forêts. Cela suggère que les effets des ennemis naturels spécialisés, dépendants de la distance et de la densité, favorisent la coexistence des espèces. Malheureusement, isoler et identifier les agents pathogènes et déterminer leur spécificité s’avère difficile en raison de leur petite taille et des difficultés liées à leur culture. Même en culture, il est difficile d’isoler et d’identifier des agents pathogènes spécifiques à un hôte et de décrire leur spécificité par rapport à l’hôte, en raison de leur morphologie petite et complexe. En conséquence, des décennies de recherche se sont concentrées sur la mort des plantules causée par les communautés fongiques, plutôt que sur la révélation des mécanismes d’infection par un seul agent pathogène chez différents hôtes. De plus, l’observation de la spécificité des agents pathogènes dans les communautés forestières est un défi en raison de la complexité des interactions plantes-microbes. En fait, il est difficile d’observer la spécificité des agents pathogènes dans les communautés forestières en raison de la complexité des interactions plantes-microbes, non seulement des effets négatifs des agents pathogènes sur les plantes, mais également des effets positifs des champignons mycorhiziens sur les plantes. Cette complexité met en évidence l’importance d’isoler et de cultiver les agents pathogènes pour déterminer leur spécificité au niveau fongique individuel.

Notre étude

Pour notre expérience, nous avons collecté 113 plants de quatre espèces d’arbres communes dans une forêt subtropicale du sud de la Chine. Les champignons racinaires ont été isolés et cultivés après désinfection de la surface des racines des plants, et 87 souches de champignons ont été identifiées avec succès. Ensuite, en fonction du nombre de plants disponibles, 27 souches de champignons ont été sélectionnées et réinoculées dans leurs propres plants hôtes pour déterminer leur pouvoir pathogène. Les résultats ont montré que six des 27 souches de champignons présentaient une pathogénicité évidente pour leurs propres plants hôtes. Par la suite, afin de tester la spécificité d’hôte de ces pathogènes, ces six pathogènes ont été inoculés à des plantes hôtes et à quatre autres espèces non hôtes. Cinq des agents pathogènes, à l’exception Aspergillus nigera causé une mortalité de 30 à 50 % chez les plantules hôtes, sans effet significatif sur les autres plantes non hôtes. Cela indique que ces cinq agents pathogènes ont une forte spécificité d’hôte.

Enfin, afin de démontrer directement comment des agents pathogènes spécifiques à l’hôte infectent différentes espèces d’arbres, nous avons réussi à marquer quatre de ces agents pathogènes avec une protéine fluorescente verte (GFP). Trois des agents pathogènes étaient spécifiques à l’hôte et l’autre était un champignon à large spectre, A. niger. Cette méthode de marquage nous a permis de suivre leurs différences pathogéniques chez les quatre espèces d’arbres. Les résultats montrent clairement que, bien que tous les agents pathogènes soient capables de se diffuser et de se développer sur la surface des racines des espèces hôtes et non hôtes, les hyphes de chaque agent pathogène spécifique à un hôte ne peuvent se développer que dans le tissu vasculaire de son hôte spécifique. Ceci suggère que la pathogenèse de ces agents pathogènes spécifiques à l’hôte dépend de l’infection du système vasculaire de l’hôte.

Importance de l’étude

Contrairement aux études précédentes sur les interactions plantes-pathogènes, nous n’avons pas utilisé de traitements généraux du sol stérilisés et non stérilisés, mais avons isolé et cultivé des agents pathogènes et les avons marqués avec GFP pour suivre directement leur accumulation dans différents tissus hôtes. Cette approche fournit un moyen visuel simple et intuitif d’évaluer la spécificité de l’hôte des agents pathogènes tout en révélant leurs mécanismes pathogènes sous-jacents. Bien qu’il soit toujours nécessaire d’isoler et de cultiver des agents pathogènes potentiels pour déterminer leur pathogénicité et leur spécificité, cette technique GFP permet une visualisation directe et comparable des infections chez différents hôtes sans nuire aux plantes.

Dans l’ensemble, nous avons démontré visuellement les différences de croissance des hyphes dans les tissus vasculaires des plantes hôtes et non hôtes lors d’infections par des agents pathogènes spécifiques à l’hôte. Notre étude jette les bases de nos recherches visant à déterminer si des agents pathogènes spécifiques à l’hôte sont capables d’infecter des espèces phylogénétiquement apparentées et à analyser leurs mécanismes d’infection potentiels. Plus important encore, l’application de la technologie GFP contribuera à approfondir notre compréhension du rôle des agents pathogènes dans la coexistence des espèces et le maintien de la biodiversité dans les communautés forestières.

Découvrir les secrets des bactéries pathogènes spécifiques à l’hôte dans les forêts grâce à la technologie des protéines fluorescentes vertes

Cheng Keke & Yu Shixiaode l’Université Sun Yat-sen, discutent de leur article : Déterminants de spécificité des pathogènes en forêt

arrière-plan

L’automne est là et les fruits sont mûrs. Les graines tombent de l’arbre et se dispersent autour de l’arbre mère, attirant les écureuils qui adorent les manger. L’écureuil a dévoré un grand nombre de graines et est reparti avec satisfaction. Les quelques graines qui survivent s’installent dans le sol puis commencent à prendre racine et à se transformer en semis au printemps. Malheureusement, ces plants qui poussent autour de l’arbre mère sont convoités par des bactéries pathogènes ou des insectes herbivores ayant leurs propres préférences, de sorte que très peu d’entre eux survivent. Mais cela donne de l’espace à d’autres descendants hétérogènes pour survivre. Pendant longtemps, cet équilibre délicat a permis de maintenir la coexistence de nombreuses espèces dans la forêt.

Figure 1. Diagramme schématique de l’hypothèse Janzen-Connell (à gauche) et site d’étude dans la réserve naturelle de Heishiding, province du Guangdong, Chine (à droite)

Les écologistes ont proposé l’hypothèse de Janzen-Connell afin de révéler le mécanisme de formation et de maintien de la biodiversité dans les forêts. Cette hypothèse suggère que les contraintes de distance et de densité causées par des ennemis naturels spécialisés peuvent favoriser la coexistence des espèces. Ce point de vue est soutenu par un nombre croissant de validations. En raison de la petite taille et de la difficulté de culture des bactéries pathogènes, il est très difficile d’isoler et d’identifier les bactéries pathogènes spécifiques à l’hôte et de décrire la spécificité des bactéries pathogènes pour l’hôte. Par conséquent, des décennies de recherche se sont concentrées sur la mortalité des plantules causée par les communautés fongiques plutôt que sur la révélation des mécanismes d’infection de différents hôtes par un seul agent pathogène. De plus, il est effectivement difficile d’observer directement la spécificité des bactéries pathogènes dans les communautés forestières car l’interaction entre les plantes et les micro-organismes est très complexe, incluant non seulement les effets négatifs des bactéries pathogènes sur les plantes, mais aussi les effets positifs des champignons mycorhiziens sur les plantes. plantes. Il est donc crucial d’isoler et de cultiver les bactéries pathogènes pour déterminer leur spécificité au niveau de chaque champignon.

nos recherches

Nous avons collecté 113 plants de quatre espèces d’arbres communes dans les forêts subtropicales du sud de la Chine. Les champignons des racines ont été isolés et cultivés après désinfection des surfaces racinaires des plantules, et 87 souches fongiques ont été identifiées avec succès. Ensuite, sur la base du nombre de plants disponibles, 27 champignons ont été sélectionnés et réinoculés à leurs propres plants hôtes pour déterminer leur pouvoir pathogène. Les résultats ont montré que six des 27 champignons présentaient une pathogénicité évidente pour leurs propres plants hôtes. Par la suite, pour tester la spécificité de ces bactéries pathogènes sur l’hôte, ces six bactéries pathogènes ont été inoculées à des plantes hôtes et à quatre autres espèces non hôtes et ont constaté qu’à l’exception deAspergillus niger Les cinq autres bactéries pathogènes ont causé une mortalité de 30 à 50 % des plants hôtes, mais n’ont eu aucun effet significatif sur les autres plantes non hôtes, ce qui indique que ces cinq bactéries pathogènes ont une forte spécificité d’hôte.

Enfin, pour révéler directement comment les agents pathogènes spécifiques à l’hôte infectent différentes plantes, nous avons utilisétechnologie des protéines fluorescentes vertesGFP a réussi à marquer quatre bactéries pathogènes, dont trois étaient spécifiques à l’hôte et l’autre était un champignon à large spectre, Aspergillus niger (A. niger). Cette méthode de marquage nous a permis de localiser leurs différences pathogéniques entre les quatre espèces d’arbres. Les résultats montrent clairement que, bien que toutes les bactéries pathogènes soient capables de se développer de manière diffuse sur la surface des racines des plantes hôtes et non hôtes, les hyphes de chaque agent pathogène spécifique à un hôte ne peuvent se développer que dans le tissu vasculaire de son hôte spécifique. Ceci suggère que les mécanismes pathogènes de ces agents pathogènes spécifiques à l’hôte nécessitent une infection du système vasculaire de l’hôte.

Importance de la recherche

Contrairement aux études précédentes sur les interactions plantes-pathogènes, nous n’avons pas utilisé de méthodes générales de stérilisation ni de traitement des sols non stériles, mais avons isolé et cultivé des bactéries pathogènes et les avons étiquetées à l’aide d’une protéine fluorescente verte pour suivre directement leur distribution dans différents hôtes. dans les organisations. Cette méthode fournit une méthode de visualisation relativement simple et intuitive pour évaluer la spécificité de l’hôte des bactéries pathogènes tout en révélant les mécanismes pathogènes sous-jacents. Bien que les bactéries pathogènes potentielles doivent encore être isolées et cultivées pour déterminer leur pathogénicité et leur spécificité, cette technologie de marquage fluorescent peut éviter d’endommager la plante hôte et observer directement et de manière comparable son processus d’infection chez différents hôtes.

Dans l’ensemble, nous avons démontré visuellement les différences de croissance des hyphes dans les tissus vasculaires lorsque des agents pathogènes spécifiques à l’hôte infectent des plantes hôtes et non hôtes. Notre étude jette les bases pour explorer si des bactéries pathogènes spécifiques à l’hôte peuvent infecter des espèces phylogénétiquement apparentées et analyser leurs mécanismes d’infection potentiels. Plus profondément, l’application de la technologie GFP contribuera à approfondir notre compréhension du rôle des bactéries pathogènes dans la coexistence des espèces et le maintien de la biodiversité des communautés forestières.