Identification des déterminants de l'adaptation de Leptosphaeria maculans à différentes espèces de Brassica

Identification of the determinants of the adaptation of Leptosphaeria maculans to different Brassica species

• Auteur / Autrice : Julie Noah
• Direction : Jessica Soyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 02/07/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Gestion des Risques en agriculture (Palaiseau ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie Dufresne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Croll, Maël Baudin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Croll, Laurence Godiard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Microscopie

Expression génique

Relations plante-champignon

Relations hôte-champignon

Recombinaison génétique

Mots clés libres

Résistance non-hôte

Adaptation

Génétique quantitative

Transcriptomique

Nonhost resistance

Adaptation

Quantitative genetics

Transcriptomics

Résumé

Leptosphaeria maculans est un champignon phytopathogène responsable de la nécrose au collet chez les crucifères et principalement chez le colza (Brassica napus). La méthode favorisée pour lutter contre ce champignon est de sélectionner des résistances monogéniques et de les introgresser dans les variétés de colza déployées au champ. Néanmoins, L. maculans a de grandes capacités d'adaptation et arrive à contourner les résistances monogéniques des variétés cultivées en quelques années. Dans ce contexte, il est nécessaire de trouver de nouvelles sources de résistances qui seraient plus durables que les résistances monogéniques actuellement utilisées. Pour cela, nous nous sommes intéressés à l'espèce Brassica carinata (moutarde d'Abyssinie), qui est une espèce proche génétiquement de B. napus et qui présente une résistance extrême à L. maculans. L'objectif de ma thèse est de déterminer les mécanismes de l'adaptation de L. maculans à différentes espèces de Brassica. Pour cela, il a fallu caractériser le statut de B. carinata par rapport à L. maculans. Nous avons pu déterminer le statut d'espèce non-hôte de B. carinata par rapport à L. maculans mais nous avons également identifié quelques isolats naturels capables d'infecter modérément cette espèce (meilleure adaptation de ces isolats que la moyenne des isolats de L. maculans infectant B. carinata). Grâce à ce matériel biologique, j'ai pu identifier des régions génomiques chez L. maculans impliquées dans l'adaptation à B. napus et à B. carinata. Quatre QTL de l'adaptation à B. napus et trois QTL de l'adaptation de à B. carinata ont été identifiés chez L. maculans et une étude des gènes présents dans ces intervalles QTL a été réalisée. Enfin, j'ai réalisé une analyse de transcriptomique comparative associée à des analyses de cytologie, qui m'ont permis d'identifier des gènes spécifiquement exprimés lors de l'infection sur l'une ou l'autre de ces deux espèces végétales ainsi que caractériser les processus d'infection lors d'interactions adaptées et non adaptées. Ce travail a permis de mettre en évidence différents mécanismes d'adaptation de L. maculans à différents hôtes et révèle également les risques d'émergence de souches nouvellement adaptées à des espèces pourtant très résistantes.

Leptosphaeria maculans is a plant pathogenic fungus responsible for stem canker in crucifers and mainly in oilseed rape (Brassica napus). The favoured method to control this fungus is to select for monogenic resistances and introgress them into oilseed rape varieties used in the field. However, L. maculans is highly adaptable and can overcome monogenic resistance in cultivated varieties in just a few years. In this context, it is necessary to find new sources of resistance that would be more durable than the monogenic resistances currently used. To this end, we are interested in Brassica carinata (Ethiopian mustard), a species that is genetically close to B. napus and which shows extreme resistance to L. maculans. The aim of my PhD thesis is to determine the mechanisms by which L. maculans adapts to different Brassica species. To do this, it was necessary to characterize the status of B. carinata in relation to L. maculans. We were able to determine B. carinata as a nonhost species of L. maculans, but we also identified a few natural isolates capable of moderately infecting this species (better adaptation of these isolates than the average of L. maculans isolates infecting B. carinata). Using this biological material, I was able to identify genomic regions in L. maculans involved in adaptation to B. napus and B. carinata. Four QTL for adaptation to B. napus and three QTL for adaptation to B. carinata were identified in L. maculans, and a study of the genes present in these QTL intervals was carried out. Finally, I carried out a comparative transcriptomics analysis combined with cytology analyses, which enabled me to identify genes specifically expressed during infection in one or other of these two plant species and to characterize the infection processes during adapted and non-adapted interactions. This work has enabled us to highlight the different mechanisms by which L. maculans adapts to different hosts and has also revealed the emergence risks of strains newly adapted to species that are highly resistant.