Molecular complexity of quantitative immunity in plants: from QTL mapping to functional and systems biology.

ABSTRACT

In nature, plants defend themselves against pathogen attack by activating an arsenal of defense mechanisms. During the last decades, work mainly focused on the understanding of qualitative disease resistance mediated by a few genes conferring an almost complete resistance, while quantitative disease resistance (QDR) remains poorly understood despite the fact that it represents the predominant and more durable form of resistance in natural populations and crops. Here, we review our past and present work on the dissection of the complex mechanisms underlying QDR in Arabidopsis thaliana. The strategies, main steps and challenges of our studies related to one atypical QDR gene, RKS1 (Resistance related KinaSe 1), are presented. First, from genetic analyses by QTL (Quantitative Trait Locus) mapping and GWAs (Genome Wide Association studies), the identification, cloning and functional analysis of this gene have been used as a starting point for the exploration of the multiple and coordinated pathways acting together to mount the QDR response dependent on RKS1. Identification of RKS1 protein interactors and complexes was a first step, systems biology and reconstruction of protein networks were then used to decipher the molecular roadmap to the immune responses controlled by RKS1. Finally, exploration of the potential impact of key components of the RKS1-dependent gene network on leaf microbiota offers interesting and challenging perspectives to decipher how the plant immune systems interact with the microbial communities' systems.

Dans la nature, les plantes se défendent contre les attaques pathogènes en activant tout un arsenal de mécanismes de défense. Au cours des décennies passées, la recherche s'est principalement focalisée sur la compréhension de la résistance qualitative médiée par quelques gènes majeurs conférant une résistance quasi complète, alors que la résistance quantitative (QDR) demeure peu comprise bien qu'elle représente la forme de résistance prédominante et la plus durable dans les populations naturelles ou les cultures. Nous donnons ici une revue de nos travaux passés et présents sur la dissection des mécanismes complexes qui sous-tendent la QDR chez Arabidopsis thaliana. Les stratégies, étapes clés et défis de nos études concernant un gène QDR atypique, RKS1 (Resistance related KinaSe 1), sont rapportés. En premier lieu, à partir d'analyses génétiques par cartographie de QTL et GWA, l'identification, le clonage et l'analyse fonctionnelle de ce gène ont été utilisés comme point de départ à l'exploration des voies multiples et coordonnées agissant ensemble pour le développement de la réponse QDR dépendante de RKS1. L'identification des interacteurs et complexes protéiques impliquant RKS1 a été une première étape, la biologie des systèmes et la reconstruction de réseaux d'interactions protéines-protéines ont ensuite été mises en œuvre pour décoder les voies moléculaires conduisant aux réponses immunitaires contrôlées par RKS1. Finalement, l'exploration de l'impact potentiel de composantes clés du réseau de gènes dépendant de RKS1 sur le microbiote, offre des perspectives intéressantes et ambitieuses pour comprendre comment le système immunitaire de la plante interagit avec le système des communautés microbiennes.