Base génétique et potentiel d’évolution de la pathogénicité de Fusarium graminearum, bio-agresseur fongique des céréales

Genetic basis and evolutionary potential of the pathogenicity of the fungus Fusarium graminearum

• Auteur / Autrice : Benoit Laurent
• Direction : Marie Foulongne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie Immunologie
• Date : Soutenance le 07/12/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mycologie et sécurité des aliments (Villenave d'Ornon)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gallusci
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Malagnac, Philippe Marullo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Duplessis, Didier Tharreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome

Mycotoxines

Fusarium

Relations plante-microorganisme pathogène

Mots clés libres

Champignons phytopathogène

Mycotoxines

Interaction hôte-pathogène

Séquençage de nouvelle génération

Génome à deux-vitesses

Potentiel adaptatif

Caractères complexes

Cartographie de QTL

Protéines Velvet

Phytopathogenic fungi

Mycotoxins

Host-pathogen interaction

Next-generation-sequencing

Two-speed genome

Potential of adaptation

Complex traits

QTL mapping

Velvet proteins

Résumé

Le champignon Fusarium graminearum est l'un des principaux agents responsables de la fusariose des épis, une maladie nécrosante des céréales associée à une contamination des grains et des aliments par des mycotoxines. De récentes observations suggèrent une évolution de l’agressivité des populations de ce pathogène, questionnant l’efficacité et la durabilité des moyens de luttes actuels. Mieux anticiper cette évolution nécessite une meilleure caractérisation de la diversité phénotypique et génotypique existante entre souches. Six nouveaux génomes de F. graminearum ont été séquencés et ont permis l’identification et la caractérisation de 243 000 variations génétiques. La majorité de ces variants (77%) est concentrée dans des îlots de polymorphisme, représentant 32% du génome et enrichis en probables effecteurs liés à la pathogénicité de F. graminearum. La construction d’une population recombinante, et son génotypage avec 1 300 marqueurs moléculaires, ont permis le développement de la première carte génétique à haute-densité de l’espèce. La corrélation entre le taux de recombinaison et le polymorphisme a mis en évidence une organisation « à deux-vitesses » du génome de cette espèce. Finalement, l’intégration de ces données dans une approche de génétique quantitative a permis l’identification d’un locus polymorphe, affectant le gène FgVeA, et responsable de 90% de la variation d’agressivité et de la production de mycotoxine observée. Les différents résultats obtenus durant ces travaux font l’objet d’une discussion générale sur le potentiel adaptatif et d’évolution de ce pathogène.

F. graminearum is one of the main causal agents of the fusarium head-blight (FHB), a cereal disease leading to head necrosis, in addition to grain and food/feed contamination by stable and toxic metabolites. Recent observations refer to an increase of pathogenicity, questioning efficiency and durability of current management practices. In order to anticipate this evolution, we must bring a deeper characterization of the currently existing diversity. Six new genomes of F. graminearum were sequenced, and 243,000 genetic variations have been identified and characterized. Seventy seven percent of the total number of the variants was located within 32% of the genome, delineating highly polymorphic islands. These islands are enriched with probable effectors linked to Fusarium’s pathogenicity. The construction and the genotyping on 1,300 molecular markers of a recombinant population have enabled the development of the first high-density genetic map of the species. The remarkable correlation between polymorphism and recombination rate highlighted the 'two-speed' genome organization of this pathogen. Finally, the integration of these data through a quantitative genetic approach allowed the discovery of one quantitative trait locus, likely to affect the gene FgVeA, and responsible for 90% of the observed variation of aggressiveness and mycotoxin production. These results are discussed in the light of F. graminearum’s adaptive potential and evolution.