Quantitative resistance to Xanthomonas campestris pv campestris : the atypical kinase RKS1 controls a decentralized immune network and regulates leaf microbiota

En réponse à l'attaque par des agents pathogènes, les plantes développent une reprogrammation cellulaire complexe, qui conduit à l'induction de défenses à large spectre. Les bases moléculaires de la résistance quantitative (QDR), la forme prédominante de la résistance naturelle aux maladies au champ et dans les populations sauvages, demeurent quasi inconnues chez les plantes. C’est notamment le cas de la QDR à Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), un agent bactérien responsable de la pourriture noire chez les Brassicaceae, incluant des espèces cultivées comme le colza et le chou, ou bien des espèces naturelles telles que la plante modèle Arabidopsis thaliana. Dans ce contexte, et suite à l’identification chez A. thaliana de la kinase atypique RKS1, gène sous-jacent à un QTL majeur de résistance à Xcc, une combinaison d’approches de génétique, biologie moléculaire et biologie des systèmes a été développée afin de disséquer les réseaux complexes de voies qui conduisent à la QDR. De façon complémentaire, des approches de métagénomique et d’écologie microbienne ont été adoptées pour initier l’étude de l’effet de RKS1 et de potentiels interacteurs sur la diversité et la composition du microbiote bactérien foliaire. Ainsi, l’analyse transcriptomique de lignées dérégulées pour l’expression de RKS1 au cours de l’infection par Xcc, couplée à de la biologie des systèmes a permis de reconstruire le premier réseau d’interactions protéines-protéines pour la QDR. RKS1 prend place dans ce réseau hautement connecté et décentralisé, propriétés qui lui confèrent une robustesse élevée à la perturbation. La caractérisation fonctionnelle de deux protéines candidates identifiées comme potentiels interacteurs de RKS1, le récepteur kinase MIK2 et la phosphatase MKP1, a permis de replacer le complexe RKS1-MIK2 dans un réseau de récepteurs de surface impliqués dans la QDR à Xcc et de proposer un rôle de régulateur de ce complexe pour MKP1. Enfin, via l’utilisation de lignées transgéniques, nous avons pu montrer qu’au-delà de Xcc, RKS1, MIK2 et MKP1 contrôle l’assemblage des communautés bactériennes foliaires d’A. thaliana. Ce travail a permis d’initier l’exploration des voies de signalisation impliquées dans la QDR à Xcc et ouvre de larges perspectives pour la compréhension des mécanismes moléculaires complexes, sous-jacents à cette forme de résistance encore peu comprise.In response to pathogens, plants develop a complex cellular reprogramming, which leads to the induction of broad-spectrum defenses. The molecular basis of quantitative disease resistance (QDR), the predominant form of natural resistance to disease in crop fields and wild populations, remains largely unknown. This is particularly relevant for QDR against Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), which is the causative agent of black rot in Brassicaceae, including crop species such as rapeseed and cabbage, or natural species such as the model plant Arabidopsis thaliana. In this context, and following the identification in A. thaliana of the atypical kinase RKS1, a gene underlying a major QTL of resistance to Xcc, a combination of genetics, molecular biology and systems biology approaches have been developed to dissect the complex signaling networks that lead to QDR. To broaden the study of the role of RKS1 and its signaling pathways, approaches linking metagenomics with microbial ecology have been adopted to study the effect of RKS1 and two potential interactors on the diversity and composition of bacterial microbiota in leaves.Transcriptomic analysis of lines deregulated for RKS1 gene expression during Xcc infection, coupled with systems biology, allowed us to reconstruct the first protein-protein interaction network for QDR. RKS1 takes place in this decentralized and highly connected network, which exhibits high robustness to perturbation. The functional characterization of two candidate proteins identified as potential interactors of RKS1, the receptor kinase MIK2 and the phosphatase MKP1, allowed to place the RKS1-MIK2 complex in a surface receptors network and to propose MKP1 as a co-regulator. Finally, through the use of transgenic lines, we detected that beyond Xcc, RKS1, MIK2 and MKP1 control the assembly of bacterial communities in A. thaliana leaves. This work allowed deciphering the signaling pathways involved in QDR and opens the way to the study of the complex molecular mechanisms underlying this form of resistance