Functional analysis and regulation of candidate genes underlying the QTL GpaVspl involved in resistance to cyst nematode in potatoes
Analyse fonctionnelle et étude de la régulation de gènes candidats sous-jacents au QTL GpaVspl impliqué dans la résistance au nématode à kyste Globodera pallida chez la pomme de terre
Résumé
Cyst nematodes are one of the pests that cause the most damage to potato cultures. Resistance found in the accession spl88S.329.18 in Solanum sparsipilum is characterized by oligogenic determinism with a strong effect QTL on chromosome V (GpaVspl) and a minor effect QTL on chromosome XI (GpaXIspl). To obtain a high level of resistance, the effect of QTL GpaVspl must be complemented by the low effect QTL GpaXIspl. By comparative genomics, the GpaV locus was located in a range between 16 and 60 kb in genomes of tomato and potato related species: Solanum demissum and Solanum phureja. Two genes were annotated: the first belonging to the TIR -NBS -LRR gene family (TNL) and the second one belonging to the “mitochondrial transcription termination factor” family (mTERF). The effect of both genes -Spl_TNL18428 and Spl_mTERF18430- on resistance to G. pallida were analyzed via genetic transformation experiments followed by resistance tests on transformed plants. A partial effect of Spl_TNL18428 on resistance to G. pallida was identified by complementation of susceptible plants. Gene silencing experiments suggested that Spl_TNL18429, which occurs in roots and presents a high percentage of sequence identity with the gene Spl_TNL18428, is also involved in resistance to G. pallida. The expression of the GFP reporter gene, under the control of the Spl_TNL18428 gene promoter, is strongly induced in cells located around the syncytium. This strengthens the hypothesis of an involvement of Spl_TNL18428 gene in resistance to G. pallida, because the location of GFP expression is similar to necrosis, which is characteristic of resistant plants. Taking into account that recent data showing that several NBS-LRR genes may be essential for the expression of resistance, our results suggest that both Spl_TNL18428 and Spl_TNL18429 genes are necessary for the expression of resistance to G. pallida
Les nématodes à kystes sont l’un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des « mitochondrial, transcription terminationfactor » (mTERF), dont l’implication dans des mécanismes de résistance n’a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida
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