Caractérisation d'un gène majeur de résistance et d'un mécanisme de résistance secondaire à l'orobanche du tournesol

Characterisation of a major resistance gene and a secondary resistance mechanism to sunflower broomrape

• Auteur / Autrice : Camille Pubert
• Direction : Nicolas Langlade, Stéphane Muños
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des plantes, interactions biotiques et abiotiques
• Date : Soutenance le 06/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Arlat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Delavault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Rameau, Stéphanie Gibot-Leclerc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Régulation génétique

Tournesol

Lutte contre

Orobanches

Mots clés libres

Helianthus annuus

Tournesol

Orobanche cumana

Plante parasite

Résistance

Génétique

Génomique

Helianthus annuus

Sunflower

Orobanche cumana

Parasitic plant

Resistance

Genetics

Genomics

Résumé

L'orobanche du tournesol (Orobanche cumana) est une plante parasite obligatoire qui entraine des pertes de rendement dans les principaux lieux de production du tournesol en Europe et en Asie. Incapable de faire de la photosynthèse et dépourvue de racine, elle se connecte au système vasculaire racinaire du tournesol et y prélève les éléments nécessaires à son développement. Actuellement, les résistances génétiques sont le principal moyen de lutter contre O. cumana. De manière à obtenir des résistances efficaces et durable, il est nécessaire d'identifier de nouvelles résistances et également de mieux caractériser les résistances existantes. C'est dans ce contexte que s'insère le travail de ma thèse portant sur deux axes : (i) l'identification du gène majeur de résistance HaOr5 avec la caractérisation de la résistance et (ii) la caractérisation d'une résistance secondaire entrainant la nécrose des tubercules. Le gène HaOr5 octroie une résistance post-attachement aux populations d'orobanches françaises, chinoises et roumaines de race E. Grâce à une stratégie de clonage positionnel à l'aide d'une large population F2 issue du croisement d'une lignée sensible et d'une lignée portant le gène HaOr5, nous avons localisé le gène dans une région génomique de 193 kb sur le génome de référence XRQ. Avec le séquençage complet des génomes des parents de la population, nous avons pu analyser les séquences spécifiques de chacun et identifier deux types de gènes candidats codant pour des F-box/LRR et une TIR-NBS-LRR. Le travail portant sur la résistance secondaire a permis d'obtenir de nouvelles informations sur le phénotype de résistance observé. Ces observations nous ont permis de faire évoluer notre protocole pour la suite des analyses et d'envisager d'autres types d'analyses pour caractériser la résistance et orienter l'identification de la résistance génétique sous-jacente. Nos résultats permettent de faire avancer les connaissances sur l'interaction du tournesol et de l'orobanche. Le travail sur HaOr5 confirme encore une fois la similarité des mécanismes de défenses face aux bioagresseurs que ce soit des microorganismes ou des plantes parasites. Il permet également de se rapprocher de l'identification du gène d'avirulence AvrOr5 qui interagie avec HaOr5 selon un modèle '' gène pour gène ''. Mon travail apporte de nouvelles connaissances permettant d'avancer vers des stratégies d'utilisation plus efficace et plus durable des résistances génétiques contre l'orobanche du tournesol.

Sunflower broomrape (Orobanche cumana) is an obligate parasitic plant that causes yield losses in the main sunflower production areas in Europe and Asia. It is unable to produce photosynthesis nor roots, it connects to the sunflower's root vascular system and takes up the nutritive elements, which it needs for its development. Genetic resistances are currently the most efficient to control O. cumana. In order to obtain effective and sustainable resistance, it is necessary to identify new resistances and to better characterize existing resistance. My PhD project focused on two axes (i) the identification of the HaOr5 major resistance gene and characterization of its resistance, and (ii) the characterization of a secondary resistance leading to tuber necrosis. The HaOr5 gene confers post-attachment resistance to French, Chinese and Romanian broomrapes race E. Using a map-based cloning strategy with a large F2 population from the cross of a susceptible line and a line carrying the HaOr5 gene, we have located the gene in a 193 kb genomic region in the sunflower reference genome XRQ. With the complete sequencing of the genomes of the parental lines used to produce the F2 population, we were able to analyze the specific sequences of each and we identified two types of candidate genes encoding for F-box/LRR and TIR-NBS-LRR. My work on the secondary resistance has provided new information on the resistance phenotype observed. These observations have enabled us to develop a protocol for further analyses and provided ways for the identification of the underlying genetic genes. My results have enabled to improve our knowledge on the interaction between sunflower and broomrape. The work on HaOr5 once confirms the similarity of defense mechanisms against pests, whether microorganisms or parasitic plants. It also brings us closer to identifying the AvrOr5 avirulence gene, which interacts with HaOr5 gene in a ''gene-for-gene'' model. My work provides new knowledge that will enable to move towards more efficient and sustainable strategies for using genetic resistance against sunflower broomrape.