Déterminants moléculaires de la résistance au puceron vert (Myzus persicae) chez le pêcher (Prunus persica) : étude multi-omique des réponses à l'infestation

Molecular determinants of resistance to green aphid (Myzus persicae) in peach (Prunus persica) : multi-omic study of responses to infestation

• Auteur / Autrice : Pauline Le boulch
• Direction : Raphaël Lugan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 30/08/2022
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et amélioration des fruits et légumes
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Boissot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvan Rahbé, Jean-Luc Poessel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Favery, Annick Moing

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Métabolisme

Transcription génétique

Pipéridine-2-carboxylique, Acide

Pêcher

Résistance aux insectes

Myzus persicae

Biopesticides

Phloème

Mots clés libres

Phloème

Transcriptomique

Métabolomique in situ

Résistance aux pucerons

Biopesticide

In situ metabolomic

Aphid resistance

Phloem

Transcriptomic

Biopesticide

Résumé

Parmi les nombreux ravageurs auxquels les plantes sont confrontées, les pucerons sont certainement ceux qui causent le plus de dommages aux cultures en raison de leur multiplication rapide, des dégâts directs qu’ils occasionnent et des virus phytopathogènes qu’ils transmettent. Le puceron vert du pêcher (Myzus persicae, Sulzer) est un ravageur généraliste qui s’attaque à un large panel de plantes incluant le pêcher, son hôte primaire, mais également de nombreux hôtes secondaires de familles botaniques diverses dont différentes espèces cultivées. Des travaux antérieurs ont mis en évidence des accessions de pêcher présentant une résistance à M. persicae conférée par le locus Rm et caractérisée par un phénomène d’antixénose qui provoque rapidement le départ des pucerons. L’objectif de notre travail était d’identifier par une approche intégrée de transcriptomique et de métabolomique les facteurs impliqués dans l’expression de la résistance du pêcher à M. persicae afin d’aboutir à une description quasi exhaustive des fonctions biologiques activées ou réprimées par l’infestation. Notre démarche a consisté à comparer les réponses à l’infestation de deux génotypes de pêcher, GF305 sensible à M. persicae et Rubira porteur du gène de résistance Rm2. Nous avons concentré principalement notre étude sur le temps de 48 h après infestation qui correspond à la mise en place effective d’une résistance induite par Rm2.L’analyse transcriptomique et métabolomique comparative des deux variétés de pêcher a mis en évidence une réponse très limitée de GF305 à l’infestation alors que nous avons observé une reconfiguration profonde du transcriptome chez Rubira. Une tendance similaire a été observée dans les profils métaboliques. Cette reconfiguration transcriptionnelle s’est traduite par une répression de gènes intervenant dans des fonctions de croissance et développement et par une surexpression des gènes de défense ce qui témoigne d’une réorientation du fonctionnement cellulaire au profit de la défense. Cette observation a été confortée par la réduction importante de pools métaboliques de carbone, d'azote et de soufre et par l'accumulation de conjugués d'acide caféique ayant des propriétés anti-appétentes ou toxiques vis à vis des pucerons. Parmi les gènes de défense, la surexpression des récepteurs PRR et NLR suggère une activation conjointe des deux branches du système immunitaire des plantes, PTI et ETI. De plus, l’enrichissement des gènes liés au stress oxydatif, couplé à l'activation de voies métaboliques génératrices de H2O2 telles que la synthèse photorespiratoire de glyoxylate et l’activation du cycle futile P5C/proline, souligne l’implication probable de la synthèse des ROS dans la résistance de Rubira à M. persicae. Le déclenchement d'une réponse systémique acquise a également été suggéré par l'activation du métabolisme des acides salicylique et pipécolique. Enfin, l’implication de l’acide pipécolique dans la résistance des plantes aux pucerons étant très peu documentée, nous avons cherché à déterminer le rôle de ce composé dans la résistance du pêcher. Nous avons étudié l’effet d’un apport exogène en acide pipécolique d’une part sur le comportement de fuite de M. persicae et sur le développement des colonies aphidiennes et d’autre part sur le profil métabolique des apex. Bien que cette expérimentation n’ait pas montré la capacité de l’acide pipécolique à induire la résistance, elle a apporté de nouveaux éléments concernant les marqueurs métaboliques inductibles par cette molécule.En conclusion, ce travail illustre l’ampleur et la complexité de l’expression de la résistance à M. persicae conférée par Rm2 et souligne l’intérêt de l’intégration de données transcriptomiques et métabolomiques pour l’analyse de l’interaction plante/pucerons. Ces connaissances fonctionnelles seront cruciales pour exploiter les sources de résistance naturelles et contrôler durablement les populations aphidiennes.

Of the many pests that plants face, aphids are certainly the most damaging to crops due to their rapid multiplication, the direct damage they cause and the plant pathogenic viruses they transmit. The green peach aphid (Myzus persicae, Sulzer) is a generalist pest that attacks a wide range of plants including peach, its primary host, but also numerous secondary hosts from various botanical families including different cultivated species. Previous work has highlighted peach accessions with resistance to M. persicae conferred by the Rm locus that was characterised by an antixenosis phenomenon that rapidly causing the aphids to leave. The objective of our study was to identify, using an integrated transcriptomics and metabolomics approach, the factors involved in the expression of resistance to M. persicae in peach trees in order to obtain a quasi-exhaustive description of the biological functions activated or repressed by the infestation. We compared the responses to infestation of two peach genotypes, GF305 susceptible to M. persicae and Rubira carrying the Rm2 resistance gene, 48 h post-infestation, a period corresponding to the effective establishment of Rm2-induced resistance.Comparative transcriptomic and metabolomic analysis of the two peach varieties revealed a very limited response of GF305 to infestation while profound reconfigurations in Rubira were observed. The transcriptional reconfiguration resulted in a repression of genes involved in growth and development functions and an overexpression of defence genes, indicating a reorientation of cell function towards defence. This observation was confirmed by the significant reduction in metabolic pools of carbon, nitrogen and sulphur and by the accumulation of caffeic acid conjugates with anti-appetent or toxic properties towards aphids. Among the defence genes, the overexpression of PRR and NLR receptors suggested a joint activation of both branches of the plant immune system, PTI and ETI. Furthermore, the enrichment of oxidative stress-related genes, coupled with the activation of H2O2-generating metabolic pathways such as photorespiratory glyoxylate synthesis and P5C/proline futile cycle activation, underlineed the probable involvement of ROS synthesis in Rubira resistance to M. persicae. The appearance of necrotic lesions indicative of a hypersensitive reaction could also be attributed to an oxidative burst in response to infestation. The triggering of an acquired systemic response was also suggested by the activation of salicylic and pipecolic acid metabolism. Finally, as the involvement of pipecolic acid in plant resistance to aphids is poorly documented and in order to determine the role of this compound in peach resistance, the effect of an exogenous supply of pipecolic acid on the escape behaviour of M. persicae and on the development of aphid colonies, as well as on the metabolic profile of the apices was investigated. Although this experiment did not show the capacity of pipecolic acid to induce resistance, it provided new informations concerning the metabolic markers inducible by this molecule. To conclude, this work illustrates the extent and complexity of the expression of resistance to M. persicae conferred by Rm2 and underlines the interest of integrating transcriptomic and metabolomic data for the analysis of the plant/aphid interaction. This functional knowledge will be crucial in order to exploit natural sources of resistance and sustainably control aphid populations.