Control strategies and gene expression dynamics of the plant pathogen Ralstonia solanacearum = Estratègies de control i dinàmica d'expressió gènica en el fitopatogen Ralstonia solanacearum

Abstract

The plant pathogen Ralstonia solanacearum is the causal agent of bacterial wilt, a highly aggressive disease responsible for important worldwide economic losses. Many virulence factors in R. solanacearum have been already identified; however, their transcriptional regulation during disease development remained unknown. In an effort to better characterize the gene expression changes driving bacterial virulence, we first provided the complete genome sequence of the potato R. solanacearum UY031 strain as a tool to perform robust transcriptomics in planta. By taking advantage of the novel sequencing technology called SMRT, we also supplied hints on the methylome profile and its contribution to virulence gene expression in UY031. In this work, we performed two different in planta transcriptome approaches at different potato infection stages. On one hand, we analyzed the bacterial gene expression during root colonization and demonstrated that, although it is cost-ineffective, microbial transcriptomes in planta at low bacterial densities are possible without a prior enrichment of prokaryotic RNA. Furthermore, we identified a novel player controlling bacterial fitness during early infection stages that we named RepR for Repressor Regulator, since we discovered that it is a repressor of specific metabolic pathways. On the other hand, we performed a time- course transcriptome and show that expression of R. solanacearum virulence factors and metabolism is dynamic along the infection process. With our system, we validated the expression patterns of known virulence factors such as the Type III Secretion System (T3SS) or the flagellum, and unraveled the profiles of others like Type IVb pili or the T6SS. Contrary to the assumption that the T3SS might play only a role at early infection stages, we demonstrate that effector transcription is extremely high in advanced disease stages. Finally, we performed a pilot test to identify T3SS inhibitors and demonstrate that some salicylidene acylhydrazides can potentially prevent bacterial plant diseases via T3SS transcription inhibition. This work adds growing knowledge on the pathogen behavior and its physiology at different points of the disease, which could eventually lead to the identification of new drugs targeting keys steps in disease development.

Ralstonia solanacearum és l’agent causant del marciment bacterià en plantes, una malaltia altament agressiva i responsable de considerables pèrdues econòmiques d’impacte mundial. Molts factors de virulència de R. solanacearum han sigut identificats, però la seva regulació transcripcional al llarg del desenvolupament de la malaltia encara es desconeixia. En un intent de caracteritzar els canvis en l’expressió genètica que modulen la virulència del bacteri, en primer lloc hem proporcionat la seqüència completa del genoma de la soca de patateres R. solanacearum UY031 com a eina per a dur a terme transcriptomes robustos dins de la planta. Gràcies a la nova tecnologia de seqüenciació anomenada SMRT, també proporcionem algunes pistes sobre el seu perfil de metilació i la contribució d’aquest en l’expressió de gens de virulència a UY031. En aquest estudi hem realitzat dos transcriptomes del bacteri en patateres en diferents estadis d’infecció. Per una banda hem analitzat l’expressió genètica bacteriana durant la colonització de l’arrel i hem demostrat que, malgrat ser poc rentable, és possible analitzar el transcriptoma del bacteri dins de la planta sense enriquir prèviament les mostres amb ARN procariota. Així mateix, hem identificat un nou membre que regula l’eficàcia biològica del bacteri durant els estadis inicials de la infecció que hem anomenat RepR, de Repressor Regulador, ja que hem descobert que reprimeix rutes metabòliques concretes. Per altra banda, hem fet un transcriptoma a diferents estadis de la infecció i demostrem que l’expressió de factors de virulència i del metabolisme de R. solanacearum és dinàmica al llarg del procés infectiu. Amb el nostre sistema, hem validat els patrons d’expressió de factors de virulència ja coneguts, com el Sistema de Secreció de Tipus III (SST3) o el flagel, i hem desxifrat els perfils d’altres factors com el dels pilus de tipus IVb o el SST6. En contra de l’assumpció que el SST3 juga principalment un paper als estadis primerencs de la infecció, hem demostrat que la transcripció de molts efectors és extremadament alta en estadis avançats de la malaltia. Finalment, hem dut a terme una prova pilot per a identificar inhibidors del SST3 i hem demostrat que algunes salicidèn-acilhidrazides tenen potencial per a prevenir malalties bacterianes de plantes mitjançant la inhibició de la transcripció del SST3. Aquest treball afegeix nou coneixement en el comportament i la fisiologia del patogen en diferents estadis de la malaltia, que amb el temps podria contribuir a la identificació de nous fàrmacs dirigits en passos claus en el desenvolupament de la malaltia.