Effet de l’hôte et de la température sur la structure de la population de Puccinia striiformis f. sp. tritici, agent de la rouille jaune du blé au Moyen Orient

Effect of host and temperature on the population structure of Puccinia striiformis f. sp. tritici, responsible of yellow rust in the Middle East

• Auteur / Autrice : Rola El Amil
• Direction : Claude de Vallavieille-Pope, Kumarse Nazari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 25/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacqui Shykoff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude de Vallavieille-Pope, Jacqui Shykoff, James Brown, Marie-Laure Desprez-Loustau, Michel Afram
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : James Brown, Marie-Laure Desprez-Loustau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation

Puccinia

Résistance aux maladies

Triticum aestivum

Phytopathologie

Mots clés libres

Rouille jaune

Gènes de résistance

Génétique de population

Daptation à la température

Yellow (Stripe) rust

Resistance genes

Population genetic

Temperature adaptation

Résumé

L’adaptation des pathogènes à leurs hôtes et aux variations climatiques, particulièrement à la température est étudiée sur l’agent pathogène biotrophe obligatoire responsable de la rouille jaune du blé, Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst) au Moyen Orient. Cette étude s’est déroulée au Liban et en Syrie situés dans le berceau de la région de domestication du blé. Des gènes de résistance spécifique ont été postulés au stade plantule pour 87 lignées élites du programme d’amélioration de l’ICARDA,28 cultivars Libanais, et 23 landraces Libanaises en utilisant 11 pathotypes français disponibles à l’INRA-BIOGER. Un seul gène et une combinaison de gènes ont été postulés dans les lignées elites. Neuf gènes de résistance ont été identifiés dans les lignées élites ; plus de génotypes résistants figuraient parmi les lignées issues du programme d’amélioration. Les landraces sont les plus sensibles mais ont montré une ségrégation de réaction résistance parmi les plants sensibles.Pour la structuration de population pathogène du Liban et de la Syrie, un échantillonnage a été fait dans les deux pays sur du blé tendre, du blé dur et des repousses durant 2010-2011. Six isolats Libanais et 48 isolats Syriens ont été pathotypés avec une gamme de 43 hôtes différentiels. 275 échantillons ont été génotypés avec 20 marqueurs SSR. La population était clonale malgré avec la présence de l’hôte secondaire Berberis sp. dans la région, toutefois un nombre élevé de 50 MLG est observé était pour une population clonale. La présence de la race invasive PstS1/PstS2 caractérise cette région. Le profil de virulence Vr2, 6, 7, 9, 27 est le plus fréquent et typique du groupe génétique Méditerranéen (Bahri et al., 2009). La virulence Vr8 n’est pas fixée dans la population malgré sa présence dans la race invasive décrite depuis l’an 2000 (Milus et al., 2009). L’adaptation de la rouille jaune à la température a été décrite par Milus et al. (2009) et Mboup et al. (2012). Notre étude d’adaptation à la température a été faite sur un échantillon de 26 isolats provenant de zones froides et chaudes avec 4 isolats de référence. Nous avons testé deux paramètres d’agressivité, efficacité d’infection et période de latence sous quatre différents régimes de température (Chaud versus froid pour période de rosée et période d’incubation). Les isolats diffèrent pour leur réponse aux variations de température. Quelques isolats montrent une efficacité d’infection et une courte période de latence sous les différents régimes, d’autres sont efficaces au froid mais pas au chaud et vice versa. Pour l’efficacité d’infection, il n’y a pas d’adaptation mais par contre pour la période de latence on montre une adaptation à la température des isolats de la zone chaude ayant une efficacité d’infection. La température chaude de rosée a retardé la période de latence mais ce phénomène a été moins marqué pour les isolats d’origine chaude quand c’est incubé au chaud. Cette étude a montré que la population est clonale avec un haut nombre de pathotypes. Le germplasme n’est pas diversifié avec des gènes de résistance contre la rouille jaune. L’adaptation de l’agent de la rouille jaune à la température parmi les isolats testés a été décrite pour la période de latence pour les isolats provenant d’origine chaude.

The adaptation of fungal pathogen to its hosts and to the climate variation, in particular to the temperature, was investigated on wheat stripe (yellow) rust, caused by the biotroph fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst) in the Middle East, focusing on Lebanon and Syria. This disease is a major problem for the crop in the region. Specific resistance genes were postulated in 138 wheat genotypes including elite lines, grown varieties and local landraces, using an array of 11 French pathotypes. Resistance gene diversity for yellow rust in wheat elite lines was higher than in current, commercial varieties grown in Lebanon, with nine Yr genes detected singly or in combination. Some varieties were resistant to all tested pathotypes and might provide interesting sources of resistance. Most of the Lebanese landraces were susceptible but also heterogeneous by their number of plants susceptible and resistant to a specific pathotype in a same landrace.A field survey was conducted in Lebanon and Syria in 2010-2011 and 275 Pst isolates were collected. The pathogen population was genotyped with 20 microsatellite markers and was found to be clonal, although the alternate host Berberis libanotica is present in the region. The dominant multilocus genotype shared similarity with the new invasive strain PstS1/PstS2 dispersed worldwide since 2000. The population was clonal with 10 pathotypes detected in Lebanon and Syria. 50 MLGs were detected considered high for clonal population. The virulence profiles combining Vr2, Vr6, Vr7, Vr9, and Vr27 are typical of the Mediterranean area according to group (Bahri et al., 2009) and corresponded to the worldwide invasive pathotype described since 2000 (Milus et al., 2009). The Vr8 was not fixed in this population, whereas this virulence is frequent in the Mediterranean genetic group (Bahri et al., 2009).Recently Pst strains have been described for adaptation to warm temperature (Milus et al., 2009; Mboup et al., 2012). The question of temperature adaptation in this study was whether the strains adapted to warm temperature are found in few clones of invasive strains or if they are selected in different pathogen genotypes locally under specific climate conditions. We selected 26 Pst isolates from the Middle East, 13 isolates from warm and 13 isolates from cold areas. We assessed their infection efficiency and latent period under four temperature regimes (high and warm temperature for the spore penetration phase, and high and warm temperature for the latency period). The isolates differed for the thermal aptitude for infection efficiency and latent period, but no clear relationship was established between the climate of the origin location of the isolate and its thermal aptitude. Some isolates were able to infect at high temperature but had long latency at high temperature and vice versa, some isolates had low infection efficiency and short latent period at high temperature, and few isolates were efficient either at high temperature or cold temperature for infection efficiency. Latency period showed pattern of local adaptation. Warm dew temperatures retarded sporulation, but this effect was far less marked for isolates from warm climates when incubated under warm conditions.This study provides details about probable effective yellow rust genes present in different genotypes and the prevalent pathotypes in the region. Moreover, the thermal aptitude for infection efficiency and latent period of some isolates under contrasting temperature will help us to build a better integrated disease management in the highlight of global warming.