Dynamique du chromosome bactérien et expression génique chez la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Correlation between chromosom dynamics and gene expression in the phytopathogen bacterium Dickeya dadantii

Dynamique du chromosome bactérien et expression génique chez la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii

Diana Le Berre
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1291871
  • IdRef : 272483710

Résumé

Bacterial adaptation to change in environmental conditions requires a swift reorganization of metabolism mediated by transcriptional regulation of gene expression. This metabolic adjustment is critical for both bacterial survival and bacterial pathogenicity. Recent studies suggest that bacterial gene expression is governed by the organisation and structural dynamics of chromosomal DNA. This organisation involves different actors, in particular the nucleoid associated proteins (NAPs) which as thought to influence both the chromatin structure and transcription initiation of a large number of genes. Traditional transcription factors, modulating a relatively reduced number of genes, work under specific architectural constraints imposed by NAPs. Recent work realised on RNA polymerase activity during Escherichia coli growth, suggests that when a chromosomal region is strongly transcribed, it is exposed at the surface of the nucleoid and vice versa when a region is less expressed it is buried in the heart of the nucleoid. Indeed, the high density of the RNA polymerase-ribosome-protein assembly during synthesis could limit the molecular movements in the nucleoid core. However, few data confirming this hypothesis are available in the literature. In this work we explored the relationship between chromosome dynamics and gene expression in relation to variations in environmental conditions. According to our hypothesis, these conditions modify the conformation of the chromosome which influences gene expression. This hypothesis is tested in the plant pathogenic bacterium Dickeya dadantii by combining molecular genetic approaches with high resolution microscopy. This bacterium faces a succession of stresses during the infection process, including acid, osmotic and oxidative stresses. Analysis of numerous transcriptomes of D. dadantii grown under a variety of conditions encountered during pathogenesis revealed the existence of chromosomal expression domains in which genes are coherently activated or repressed in response to environmental stress. These domains are transient and stress specific and their patterning is modulated by NAPs and the level of DNA supercoiling. D. dadantii is a model of choice for these investigations. The main objective of my thesis project was to gain insight into the emerging global regulatory mode linking bacterial chromosome dynamics and gene expression in response to changes in environmental conditions. In order to study this link, we took advantage of the functional specificities of the parS/ParB system to tag different domains of the D. dadantii chromosome whose expression is modulated by the environmental conditions encountered during pathogenesis. Indeed, the introduction of a parS sequence (20 to 80 bp) within a chromosomal locus allows its visualisation thanks to the interaction with the ParB protein coupled to a fluorescent marker of the GFP (Green Fluorescent Protein) or RFP (Red Fluorescent Protein) type; this ParB-GFP or ParB-RFP protein binds in a cooperative and specific manner to the corresponding parS sequence, forming a nucleation spot that amplifies the emitted signal. Thus, we were able to follow the evolution of the spatial localisation of the different loci selected in response to variations in environmental conditions via high-definition microscopy. As the tagged loci were globally well distributed on the chromosome, we first studied the dynamics of the D. dadantii chromosome during growth. In a second step, we analysed the subcellular localisation of 10 tagged loci distributed in different domains and in the vicinity of marker genes of the conditions encountered during pathogenesis (oxidative, osmotic and acidic stress; presence or absence of pectic compounds). Our results allow us to establish a correlation between the expression and the subcellular localisation of the loci according to the conditions encountered by D. dadantii during the infectious process, thus confirming our hypothesis.
Les bactéries sont confrontées à des environnements fluctuants et doivent adapter leur état physiologique pour survivre à ces changements. Cette acclimatation passe par une reprogrammation génétique. Chez les bactéries, la topologie de l'ADN est très sensible aux conditions environnementales et les changements du niveau d’enroulement de l'ADN modulent la distribution des facteurs de transcription et de l’ARN polymérase dans le génome. Le niveau d’enroulement global de l’ADN est contrôlé par les ADN topoisomérases alors que les protéines associées au nucléoïde (NAPs) modulent l’architecture locale du nucléoïde et agissent comme des régulateurs globaux. Par ailleurs, des travaux réalisés sur l’activité de l’ARN polymérase durant la croissance chez la bactérie Escherichia coli suggèrent que lorsqu’une région du chromosome est fortement transcrite, elle est exposée à la surface du nucléoïde alors que les régions faiblement transcrites se retrouvent enfouies au cœur du nucléoïde. En effet, la masse volumique importante de l’ensemble ARN polymérase-ribosomes-protéines en cours de synthèse pourrait limiter les mouvements moléculaires au cœur du nucléoïde. Dans ce travail nous avons exploré les relations entre la dynamique du chromosome et l’expression génique. Selon notre hypothèse, les conditions environnementales modifient la conformation du chromosome qui influence l’expression génique. Cette hypothèse est testée chez la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii en combinant des approches de génétique moléculaire à de la microscopie à haute résolution. Cette bactérie fait face durant le processus infectieux à une succession de stress lors de l’infection de la plante dont les stress acide, oxydant et osmotique. L’analyse de nombreux transcriptomes de cette bactérie cultivée dans des conditions variées rencontrées au cours de la pathogénèse a révélé l’existence de domaines d’expression chromosomique dans lesquels les gènes sont activés ou réprimés de manière cohérente en réponse aux stress environnementaux. Ces domaines sont transitoires et stress spécifiques et leur structuration est modulée par les NAPs et le niveau de surenroulement de l’ADN. D. dadantii s’avère donc être un modèle de choix pour ces investigations. L’objectif principal de ma thèse a été d’approfondir les connaissances sur le mode de régulation globale émergent associant la dynamique du chromosome bactérien et l’expression génique en réponse aux variations des conditions environnementales. Afin d’étudier ce lien nous avons mis à profit les spécificités fonctionnelles du système parS/ParB pour marquer différents domaines du chromosome de D. dadantii dont l’expression est modulée par les conditions environnementales. Le système parS/ParB a ainsi permis de suivre l’évolution de la localisation spatiale d’un locus particulier en réponse aux variations des conditions environnementales via la microscopie. Dans un premier temps nous avons étudié la dynamique du chromosome de D.dadantii au cours de la croissance. Ceci afin d’en déduire la chorégraphie du chromosome chez cet organisme phytopathogène. Dans un second temps, nous avons analysé la localisation subcellulaire de 10 loci marqués répartis dans différents domaines et à proximité de gènes marqueurs des conditions rencontrées durant la pathogénèse (stress oxydant, osmotique et acide ; présence ou non de composés pectiques). Nos résultats permettent d’établir une corrélation entre l’expression et la localisation subcellulaire de loci selon les conditions rencontrées par D. dadantii durant le processus infectieux, confortant ainsi notre hypothèse.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04233918 , version 1 (09-10-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04233918 , version 1

Citer

Diana Le Berre. Dynamique du chromosome bactérien et expression génique chez la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii. Génétique. Université de Lyon, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LYSE1152⟩. ⟨tel-04233918⟩
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