L’agressivité est-elle une composante significative de l’adaptation au paysage variétal cultivé, des populations de Puccinia triticina, agent de la rouille brune du blé ?

Is aggressiveness a significant component of the adaptation of Puccinia triticina populations to the cultivated wheat landscape?

• Auteur / Autrice : Cécilia Fontyn
• Direction : Frédéric Suffert, Thierry C. Marcel, Henriette Goyeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Soutenance le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacqui Shykoff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Frey, Didier Tharreau, Valérie Caffier, Benoit Moury
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Frey, Didier Tharreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation

Puccinia

Analyse

Tests

Latence, Période de

Lutte contre

Rouilles des céréales

Mots clés libres

Agressivité

Gènes Lr

Pathogénotype

Phénotypage quantitatif

Rouille brune

Virulence

Aggressiveness

Leaf rust

Lr genes

Pathogenotype

Quantitative phenotyping

Virulence

Résumé

La capacité des agents phytopathogènes – notamment les champignons – à provoquer des maladies est généralement décomposée en un terme qualitatif, la ‘virulence’, définie comme la capacité à infecter la plante hôte (interaction compatible), et ‘l’agressivité’, définie comme étant la variation quantitative du pouvoir pathogène sur un hôte compatible, reflétant généralement les dommages infligés à cet hôte. Des suivis populationnels de Puccinia triticina, champignon responsable de la rouille brune du blé, ont été réalisés en France durant les deux dernières décennies. Ces données épidémiologiques ont révélé que les résistances qualitatives (gènes Lr) étaient fortement structurantes pour les populations d’agents pathogènes. Concrètement, l’introduction de nouveaux gènes Lr dans le paysage variétal précède de seulement quelques années l’émergence des virulences correspondantes. Cependant, les gènes Lr présents dans les variétés de blé n’expliquent pas entièrement les changements observés dans la dynamique de la population pathogène, caractérisée par la fréquence des ‘pathotypes’ (phénotypes de virulences). L’objectif de ma thèse était d’étudier si, sous l’influence du paysage variétal, l’agressivité pouvait être une force sélective ayant un impact sur l’adaptation des populations de P. triticina et, le cas échéant, de quantifier cet impact. Après le Chapitre 1 bibliographique introductif, le chapitre 2 fait le lien entre la composition globale du paysage cultivé et l’évolution des populations pathogènes au cours de la décénnie 2006-2016. J’ai mis en évidence que les gènes Lr présents dans les variétés françaises les plus cultivées ne peuvent à eux seuls expliquer la prévalence de deux pathotypes – 166 317 0 et 106 314 0 – ayant dominé malgré la présence d’autres pathotypes compatibles. Dans le chapitre 3, en comparant in planta les traits d’agressivité (efficacité d’infection, période de latence et capacité de sporulation) d’isolats de P. triticina appartenant à chaque pathotype dominant, j’ai mis en évidence le rôle de l’agressivité dans les changements de la composition de la population pathogène à une échelle spatio-temporelle large. J’ai notamment montré, pour un même pathotype, que la dynamique de fréquence de ‘pathogénotype’ – défini comme la combinaison unique de ce même pathotype et d’un génotype SSR – est influencée par son niveau d’agressivité. Dans le chapitre 4, en appliquant les mêmes méthodes expérimentales, j’ai montré qu’une agressivité plus élevée pouvait expliquer la prévalence de certains pathogénotypes dans le paysage variétal, malgré les avantages conférés à d’autres pathogénotypes par leur profil de virulences.

The ability of plant pathogens — especially fungi — to cause disease is generally divided into a qualitative term, ‘virulence’, defined as the capacity of the pathogen to infect its host (compatible interaction), and ‘aggressiveness’, defined as the quantitative variation of pathogenicity on a compatible host, which usually refers to the damages caused on this host. Surveys of pathogen populations of Puccinia triticina, the causal agent of leaf rust on wheat, were performed in France during the two latest decades. This epidemiological data set revealed that qualitative resistances (Lr genes) were strongly structuring for the pathogen populations. Concretely, few years after new Lr genes are introduced in the landscape, the corresponding virulences emerge. However, the Lr genes present in the wheat cultivars might not fully explain the changes observed in the dynamics of the pathogen population, characterized by the frequency of the different ‘pathotypes’ (virulence phenotypes). The objective of my thesis was to investigate whether, under the influence of the varietal landscape, the aggressiveness can indeed act as a significant selective force for the adaptation of the P. triticina population and, if applicable, to quantify this potential impact. Chapter 1 is an introduction litterature review. Chapter 2 links the overall composition of the varietal landscape and the evolution of French pathogen populations over the decade 2006-2016. I showed that the Lr genes carried by the most frequently grown cultivars can not explain the prevalence of two pathotypes — 166 317 0 and 106 314 0 — that dominated despite the presence of other compatible pathotypes. In Chapter 3, by comparing in planta the agressiveness traits (infection efficiency, latency period and sporulation capacity) of P. triticina isolates of each dominant pathotype, I highlighted the role of aggressiveness in the changes of the composition of the pathogen population at a large spatio-temporal scale. I showed, for a given pathotype, that the frequency dynamics of a ‘pathogenotype’ — defined as the unique combination of this pathotype and a SSR genotype — was driven by its aggressiveness level. In Chapter 4, using similar experimental methods, I showed that a higher aggressiveness could explain the prevalence of certain pathogenotypes in the cultivated landscape, despite advantages provided to others pathogenotypes by their virulence phenotype.