Hybridations inter-spécifiques chez le pommier et co-évolution hôte-pathogène

Inter-specific hybridizations in apple trees and host-pathogen co-evolution

• Auteur / Autrice : Alice Feurtey
• Direction : Tatiana Giraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 29/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Dominique de Vienne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tatiana Giraud, Dominique de Vienne, Rémy Petit, Véronique Decroocq, Pascal Frey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémy Petit, Véronique Decroocq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relations plante-microorganisme pathogène

Plantes -- Évolution

Génétique des populations

Mots clés libres

Génétique des populations

Malus

Flux de gènes

Co-Évolution

Hôte-Pathogène

Population genetics

Malus

Gene flow

Co-Evolution

Host-Pathogen

Résumé

Dans une première partie de mon projet de thèse, je me suis intéressée aux hybridations interspécifiques et à l’histoire évolutive des espèces de pommiers en Europe. L’analyse de génomes complets m’a permis de confirmer que l’ancêtre du pommier cultivé est bien le pommier sauvage asiatique M. sieversii, mais aussi que de nombreuses variétés cultivées originaires de l’Europe forment un groupe génétique distinct de cette espèce sauvage. Ces variétés montrent des traces d’introgressions par le pommier sauvage européen M. sylvestris et une structuration de populaton selon un axe est-ouest. Les introgressions depuis le pommier cultivé sont également abondantes dans les populations de pommier sauvage européen M. sylvestris, et menacent leur intégrité génétique. Les niveaux des introgressions étaient corrélés aux activités anthropiques d’exploitation des pommiers et les hybrides n’avaient pas de réduction détectable de valeur sélective sur les caractères mesurés. Notre étude de la phylogéographie du pommier sauvage européen dans l’ensemble de son aire de distribution nous a permis de détecter des groupes génétiques différenciés résultant de l’histoire climatique passée de la planète. Ces groupes représentent autant d’unités de conservation différentes.Dans une seconde partie, j'ai étudié la coévolution entre espèces de plantes et espèces de champignons pathogènes dans deux systèmes différents. Je me suis tout d'abord intéréssée à l’histoire évolutive combinée des pommiers cultivés et sauvages d’Asie centrale et du champignon causant la tavelure, Venturia inaequalis. Dans les montagnes du Kazakhstan, le pommier cultivé a été réintroduit au cours des deux derniers siècles, créant une zone de contact secondaire, non seulement entre M. domestica et M. sieversii, mais aussi entre les populations de V. inaequalis de types agricole et sauvage. Alors que l’invasion des populations sauvages par le pommier cultivé semble encore limité géographiquement, le pathogène de type agricole est largement répandu dans les forêts et sur l’hôte sauvage. Cependant, le nombre d’hybrides détectés chez le pathogène reste limité, probablement en raison de barrières intrinsèques à la reproduction, puisque les deux types de pathogènes infectent les mêmes arbres hôtes. Dans un second temps, j’ai comparé les structures génétiques et spatiales à l’échelle européenne de la plante Silene latifolia et de son pathogène Microbotryum lychnidis-dioicae. Notre jeu de données constitué du génotype d’un pathogène et de la plante qu’il infectait nous a permis de comparer la structure à très fine échelle et celle-ci apparait remarquablement congruente. Trois groupes phylogéographiques ont été identifiés chez les deux organismes, correspondant à l’histoire de contraction-expansion des aires de distribution des espèces tempérées lors de la dernière glaciation. Une structure génétique plus fine a également été détectée chez le pathogène, suggérant la possibilité d’une histoire plus complexe.

In the first part of my thesis project, I studied the evolutive history of apple tree species in Europe, including interspecific hybridizations. Analyses of whole genome data confirmed that the progenitor species of the cultivated apple tree was M. sieversii, a Central Asia wild apple tree, but also that a high proportion of European cultivated varieties form a genetic group distinct from the wild species. These varieties show traces of introgressions from M. sylvestris and of population subdivision along an East-West axis. Microsatellite markers also showed that introgressions from the cultivated apple were also quite frequent in wild apple tree populations and thus threaten their genetic integrity. We found that introgression levels were correlated to anthropic activities of apple tree cultivation and gave rise to hybrids with no detectable reduced fitness on the traits measured. Our study of the European wild apple tree phylogeography allowed us to detect differentiated genetic groups resulting from the past climatic history of the planet and which should be considered as different evolutionary significant units in conservation.In the second part of my thesis project, I studied coevolution between plant species and their pathogenic fungi in two different systems. I first compared the evolutive history of cultivated and wild apple trees in Central Asia and that of their scab pathogen, Venturia inaequalis. In the Kazakhstan Mountains, the cultivated apple tree has been reintroduced back from Europe during the last two centuries. This created a secondary contact zone, not only between the two apple tree species, but also between the agricultural and the wild types of V. inaequalis. While the invasion of natural populations by the cultivated apple trees still seems geographically limited, the agricultural pathogen is widespread in the forests and on the wild host trees. However, the number of hybrids in the pathogen was limited, probably because of intrinsic reproductive barriers since no ecological barriers were found. I also compared spatial genetic structures at the European scale in the plant Silene latifolia and its anther-smut pathogen Microbotryum lychnidis-dioicae. Our dataset included genotypes from the pathogens and the plants on which they were collected, and the population structures appeared remarquably congruent. Three phylogenetic groups were identified in these both species, corresponding with the temperate species range contraction-expansion cycles during the past glaciations. A substructure was identified in the pathogen suggesting the possibility of a more complex history.