Diversity and interactions of Pseudomonas syringae phages in agricultural environment.. Diversité et interactions des phages de Pseudomonas syringae dans un environnement agricole.

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Feltin, Chloé

Edité par CCSD -

Bacteriophages (phages), viruses specific to bacteria, show considerable genetic diversity and are on average ten times more abundant than bacteria in most ecosystems. Phages play an essential role in bacterial communities, not only by influencing the abundance and diversity of bacterial populations, but also by modulating certain phenotypic traits, such as virulence. While many studies focus on the role of phages in marine and human environments in terms of microbial diversity and interactions, little attention has been paid to phages associated with plants, except for their use in biocontrol contexts.The Pseudomonas syringae species complex is genetically diverse and ubiquitous, occurring in both agricultural and non-agricultural ecosystems such as rivers and on plants, where it can act as a pathogen. Apricot trees are particularly affected by bacterial canker, a disease caused by different strains of P. syringae. The genetic diversity of these pathogenic strains on apricots is considerable, but the reasons for this diversity has not been explained.The research I present here for my doctoral thesis is based on an ecological approach to examining the role of phages in an agricultural context, utilising the P. syringae pathosystem on apricots as a model. The objective is to characterise the natural diversity of phages present in this agroecosystem and to gain a deeper comprehension of their interactions with their hosts. A collection of 25 phages infecting P. syringae was isolated from soil at the base of apricot trees exhibiting symptoms of bacterial canker. Following purification and sequencing, genomic analysis revealed a high degree of diversity, encompassing 14 genera, including 11 novel ones, and 18 new species, described here. A noteworthy aspect of this collection is the considerable prevalence and diversity of potential metabolic helper genes, which have been identified in at least 32% of the phages under investigation. The host range of 23 phages from this collection was studied in-depth is this thesis. I confronted the phages against 44 strains of P. syringae from three different environments, including agricultural and non-agricultural habitats. The results demonstrated a nested phage-bacterium interaction network, consistent with the ecology of the P. syringae species complex, which exhibits no geographical structuring of populations. The complete genomes of the strains were sequenced for the purpose of analysing their defensomes, with the hypothesis that these defence systems may play a role in protection against phages. The next stage of the study was to analyse the prevalence and co-occurrence of phages and P. syringae strains in an apricot agroecosystem, with the aim of gaining a deeper understanding of the dynamics of bacterial canker. A comprehensive ecological analysis was conducted, encompassing four habitats of apricot trees. This analysis employed metagenomics for the phages and metabarcoding for the P. syringae strains. A limited number of the identified phages were already listed in the databases, and only a small proportion had predicted hosts. Few phages were found to be ubiquitous which can be considered the core phages of this ecosystem. A distinctive phageome signature was identified between symptomatic and asymptomatic branches. In particular, phages from the Bacillota and Actinomycetota phyla were absent in symptomatic twigs, while a non-significant increase in phages infecting the Pseudomonas genus was observed in symptomatic twigs.Our findings advance significantly knowledge on the diversity of phages of phytopathogenic bacteria. The findings offer significant insights into the comprehension of the interactions between phages and hosts in the context of bacterial canker of apricot. Finally, they open questions to novel avenues for optimising epidemiological surveillance and biocontrol strategies for plant diseases. . Les bactériophages (phages), virus spécifiques des bactéries, présentent une diversité génétique considérable dans la plupart des écosystèmes. Les phages jouent un rôle essentiel dans les communautés bactériennes, non seulement en influençant l'abondance et la diversité des populations bactériennes, mais aussi en modulant certains de leurs traits phénotypiques. Alors que de nombreuses études se concentrent sur le rôle des phages dans les environnements marins et humains, peu d’attention a été portée sur les phages associés aux plantes, à l'exception de leur utilisation dans des contextes de biocontrôle.Le complexe d’espèces Pseudomonas syringae est génétiquement divers et ubiquiste, se retrouvant dans des écosystèmes agricoles et non agricoles, tels que dans des et sur les plantes pouvant agir comme pathogène. L’abricotier est particulièrement affecté par le chancre bactérien, une maladie causée par P. syringae. Ainsi, la diversité génétique de ces souches pathogènes sur abricotier est importante, mais les raisons sous-jacentes à cette diversité restent à découvrir.Mes recherches dans le cadre de ma thèse se basent sur une approche écologique visant à étudier le rôle des phages dans un contexte agricole, en utilisant le pathosystème P. syringae sur abricotier comme modèle. L'objectif est de caractériser la diversité naturelle des phages présents dans cet agroécosystème et de mieux comprendre leurs interactions avec leurs hôtes. Nous avons isolé une collection de 25 phages infectant P. syringae à partir de sols d'abricotiers. L'analyse génomique, après purification et séquençage, a révélé une grande diversité, avec 14 genres, dont 11 nouveaux, ainsi que 18 espèces nouvelles que nous avons décrites. Une particularité notable de cette collection réside dans l’abondance et la diversité des gènes auxiliaires métaboliques potentiels, identifiés dans au moins 32 % des phages isolés. La gamme d’hôte de 23 phages de cette collection a été confrontée à 44 souches de P. syringae provenant de trois environnements différents, agricoles et non agricoles. Les résultats ont révélé une structure d’interaction phage-bactérie de type emboîtée, en accord avec l'écologie du complexe d’espèces P. syringae, qui ne montre pas de structuration géographique de ses populations. Le génome complet des souches bactériennes a été séquencé pour analyser leur défensome, avec l'hypothèse que ces systèmes de défense pourraient jouer un rôle dans la protection contre les phages. Ensuite, la prévalence des phages et des souches de P. syringae ont été analysées dans un agroécosystème d’abricotier pour mieux comprendre la maladie du chancre bactérien. Une analyse écologique détaillée du phageome, incluant quatre habitats d’abricotiers, a été menée par métagénomique pour les phages et par metabarcoding pour les souches de P. syringae. Très peu des phages identifiés étaient déjà répertoriés dans les bases de données, et peu d'entre eux avaient des hôtes prédits. Peu de phages étaient ubiquistes constituant le noyau de phages de cet écosystème. Une signature spécifique du phageome a été mise en évidence entre les rameaux symptomatiques et asymptomatiques. Notamment, nous n’avons pas observé de présence des phages des phylums Bacillota et Actinomycetota dans les tissus symptomatiques et une augmentation (non significative) du nombre de phages ciblant le genre Pseudomonas a été notée dans les rameaux symptomatiques par rapport aux tissus asymptomatiques.Nos résultats présentent des avancées significatives sur la connaissance de la diversité de phages infectant les bactéries phytopathogènes. Ces résultats apportent des perspectives précieuses pour la compréhension des interactions entre les phages et leur hôte dans le contexte de la maladie du chancre bactérien. Finalement, nos résultats ouvrent des questions sur de nouvelles pistes pour optimiser l’épidémiosurveillance et les stratégies de biocontrôle des maladies des plantes.

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