Évolution des génomes et modes de reproduction de Cryphonectria parasitica, l'agent causal du chancre du châtaignier, dans le contexte d'une double introduction en Europe.

Evolution of genome and mating system of Cryphonectria parasitica, the chestnut blight fungus, during a multiple introduction contexte in Europe.

• Auteur / Autrice : Arthur Demené
• Direction : Christian Cyril Dutech
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOdiversité, GEnes et Communautés (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Sven Saupe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Cyril Dutech, Sven Saupe, Elisabeth Fournier, Sébastien Duplessis, Joëlle Anselem, Valérie Schurdi-Levraud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elisabeth Fournier, Sébastien Duplessis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique écologique

Génomique

Agents pathogènes

Châtaigniers

Cryphonectria parasitica

Mots clés libres

Génomique

Recombinaison génétique

Généalogie

Eléments transposables

Structure des populations

Bayesien

Genomic

Genetic recombination

Genealogy

Transposable elements

Population structure

Bayesian

Résumé

Les invasions biologiques sont une composante majeure des changements globaux, causant de nombreuses perturbations dans le fonctionnement des écosystèmes et les activités humaines. Leur fréquence augmente depuis la fin du XXème siècle, notamment dans le cas des champignons pathogènes des arbres forestiers. Dans ce contexte d'introduction, l’adaptation des agents pathogènes à de nouveaux environnements et de nouveaux hôtes constitue un paradoxe évolutif, du fait d'une faible diversité génétique généralement introduite. Des mécanismes évolutifs permettant l’adaptation de ces organismes ont été proposés, mais à l’exception de quelques espèces modèles, souvent agents pathogènes de plantes cultivées, ces mécanismes restent peu étudiés chez les champignons.Cette thèse a pour but d’étudier l’évolution des populations de Cryphonectria parasitica, l’agent causal du chancre du châtaignier, dans le contexte d’une double introduction en Europe. Originaire d’Asie, il a été introduit en Amérique du Nord à la fin du XIXème siècle, entraînant la disparition quasi-totale des populations naturelles de châtaigniers américains. Il a ensuite été introduit en Europe depuis ces populations nord-américaines et des populations asiatiques au début du XXème siècle. En Europe, les populations sont majoritairement structurées en lignées clonales contrairement aux populations d’origine. Ceci suggère un changement de mode de reproduction pouvant être impliqué dans le succès invasif de ces populations. Pourtant, les études précédentes ont montré que plusieurs génotypes n’appartenant pas aux principales lignées clonales se sont maintenus lors de la colonisation et que des croisements entre ces lignées clonales existent, même s’ils semblent limités. Les objectifs de cette thèse ont été de mieux décrire les croisements entre les lignées clonales et d’identifier de possibles barrières aux croisements entre celles-ci.Dans une première partie, le génome de 50 isolats français, nord-américains et asiatiques ont permis de confirmer la forte similarité des isolats appartenant à une même lignée clonale européenne, à l’exception de petites régions divergentes échangées entre ces génomes, plus fréquemment observées entre lignées introduites d’une même origine. Par ailleurs, 5 des 6 lignées étudiées portent une signature d’échange récent de la région portant le gène du type sexuel, conférant aux lignées clonales la capacité de s’autoféconder (haploid-selfing). Ces résultats soulignent que le maintien de lignées clonales chez un champignon hétérothallique comme C. parasitica (cad que les croisements impliquent des génotypes avec des types sexuels différents) n’implique pas toujours et uniquement la reproduction asexuée.Dans une seconde partie, l’assemblage de génomes d’isolats provenant des aires d’origine et introduites, utilisant des méthodes de séquençage long brin, a permis de comparer leur structure et composition chromosomique, et d’identifier de possibles barrières à la recombinaison. Aucun réarrangement majeur n’a cependant été détecté à l’exception d’une région d’1Mb, adjacente au locus du type sexuel, très riche en éléments transposables et variable entre les génomes. Ces résultats semblent infirmer l’hypothèse d’isolement reproducteur par réarrangement du génome. En revanche, les zones contenant de nombreux éléments mobiles pourraient permettre une évolution rapide de C. parasitica lors de l’introduction.Une dernière partie aborde l’étude des génotypes semblant provenir de croisements entre les lignées clonales majoritaires afin d’explorer les processus de recombinaisons entre les pools génétiques des deux introductions et d’identifier de possible barrières à l’hybridation potentiellement associées à des combinaisons génétiques défavorables.Ce travail souligne l'apport des données génomiques dans la compréhension des processus de recombinaison et la détection des variations génétiques d'un champignon pathogène invasif affectant ses capacités évolutives.

Biological invasions are a major component of global change, causing many disruptions in ecosystem functioning and human activities. Their frequency has been increasing since the end of the 20th century, particularly in the case of forest pathogenic fungi. In this introduction context, the adaptation of pathogens to new environments and hosts is an evolutionary paradox, due to the low genetic diversity generally introduced. Evolutionary mechanisms allowing the adaptation of these organisms have been proposed, but with the exception of a few model species, often pathogenic agents of crops plants, these mechanisms remain poorly studied in fungi.The purpose of this thesis is to study the evolution of Cryphonectria parasitica populations, the causal agent of chestnut blight, in the context of a dual introduction into Europe. Native of Asia, it was introduced into North America at the end of the 19th century and almost caused the extinction of the American chestnut. It was then introduced into Europe from these North American and Asian populations at the beginning of the 20th century. In Europe, populations are mainly structured in clonal lineages, unlike the original populations. This suggests a change in reproductive mode that may be involved in the invasive success of these populations. However, previous studies have shown that several genotypes not belonging to the main clonal lineages have been maintained during colonization and that crosses between these clonal lineages exist, even if they seem to be limited. The objectives of this thesis were to better describe crosses between clonal lineages and to identify possible barriers to crosses between them.In a first part, the genome of 50 French, North American and Asian isolates confirmed the strong similarity of isolates belonging to the same European clonal lineage, with the exception of small divergent regions exchanged between these genomes, more frequently observed between introduced lineages from the same origin. In addition, 5 of the 6 lineages studied carry a signature of recent recombination of the region carrying the mating type locus. This gives the clonal lineages the ability to self-fertilize (haploid-selfing). These results underline that the maintenance of clonal lineages in a heterothallic fungus such as C. parasitica (i.e. crosses involve genotypes with different sexual types) does not always and solely involve asexual reproduction.In a second part, the assembly of genomes of isolates from the native and introduced areas, using long-read sequencing methods, made it possible to compare their structure and chromosome composition, and to identify possible barriers to recombination. However, no major rearrangements were detected, except for a region of 1Mb adjacent to the sexual locus, which is very rich in transposable elements and variable between genomes. These results seem to refute the hypothesis of reproductive isolation by chromosomal rearrangement. On the other hand, areas containing many transposable elements could allow a rapid evolution of C. parasitica genomes during introduction.A final part deals with the study of genotypes that appear to originate from crosses between the main clonal lineages in order to explore the recombination processes between the gene pools of the two introductions and to identify possible barriers to hybridization, potentially associated with unfavorable genetic combinations.This work underlines the contribution of genomic data to the understanding of recombination processes and the detection of genetic variations in an invasive pathogenic fungus affecting its evolutionary capacities.