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[tel-03281201] Réduction de modèle, estimation des paramètres pour une population de génotypes et analyse du contrôle génétique : Cas du métabolisme des sucres dans la pêche
Les modèles génotype-phénotype, permettant de tester les performances de génotypes sous différents climats, sont considérés comme des outils d’avenir pour concevoir de nouvelles variétés. Cependant, des progrès sont encore nécessaires pour inclure le contrôle génétique complexe dans les modèles basés sur les processus et réaliser l’intégration de l’information (métabolisme, contrôle enzymatique, génétique quantitative) du gène à la plante. Dans ce sens, un modèle cinétique du métabolisme des sucres a été développé par Desnoues et al. (2018) pour simuler les concentrations de différents sucres au cours du développement du fruit de la pêche. Les objectifs de mes travaux de thèse sont (a) d’estimer la variabilité inter-génotype des valeurs des paramètres du modèle et (b) d’étudier l’architecture du contrôle génétique des paramètres génotype-dépendants. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire d’estimer les paramètres influents du modèle pour l’ensemble des 106 génotypes dont certains n’ont que peu de données observées. Le nombre de paramètres et la non linéarité du modèle rendent la calibration du modèle peu fiable (notamment du fait du grand nombre de paramètres comparé au nombre de données disponibles et des corrélations entre eux) et coûteuse en terme de temps de calcul. Aussi, nous avons développé une stratégie de réduction du modèle initial visant à diminuer le nombre de paramètres et simplifier la structure du modèle tout en maintenant la structure du réseau et l’identité des variables, afin de faciliter leur interprétation biologique. L’estimation des paramètres du modèle réduit ainsi obtenu a été réalisée à l’échelle de la population en utilisant une approche non linéaire du modèle mixte (Baey et al.2018), qui permet d’estimer simultanément les paramètres individuels pour tous les génotypes, et comparée aux méthodes plus conventionnelles qui procèdent à l’estimation des paramètres individuellement, génotype par génotype. Nous montrons que la fiabilité des estimations est largement améliorée et que les corrélations entre les paramètres estimés sont réduites. La dernière étape a consisté à estimer les liaisons entre les marqueurs du génome et les paramètres génotype-dépendants. Nous avons comparé les résultats d’une analyse dite indépendante (estimation de paramètres puis détection des régions génomiques impliquées) à une méthode d’analyse conjointe(Onogi 2020). Ces travaux de thèse constituent une étape essentielle au développement d’un outil qui prenne en compte un contrôle génétique complexe des caractères pour concevoir des idéotypes.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Hussein Kanso) 08 Jul 2021
https://theses.hal.science/tel-03281201v1
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[tel-02790163] Combining Association and Haplotype Studies Towards the Improvement of Fruit Quality in Tomato
Consumers have been complaining about tomato flavor for decades. Tomato taste is mainly influenced by sugars, acids and a diverse set of volatiles. Improving tomato flavor remains one of the main challenges for improving tomato sensory quality and consumer acceptability in modern tomato breeding. The main purpose of this thesis was to decipher the genetic and evolutionary control of tomato flavor by using high density SNPs and a diverse set of flavor-related metabolites, including sugars, acids, amino acids and volatiles. In the first part, I performed multiple haplotype-based analyses on a tomato core collection. Several approaches were used and compared to identify the genomic regions under selection. Haplotype and SNP-based Bayesian models identified 108 significant associations for 26 traits. Among these associations, some promising candidate genes were identified. I also compared marker local haplotype sharing (mLHS) with LD in determining the candidate regions. In addition, some general benefits of using haplotypes were also provided as general discussions. In the second part, I pioneered in introducing meta-analysis of genome-wide association studies using three tomato association panels. I demonstrated the efficiency of genotype imputation in increasing the genome-wide SNP coverage. Both fixed-effect and random-effect models (for those SNPs with heterogeneity I2 > 25) of meta-analysis were performed in order to control cross-study heterogeneity. A total of 305 significant loci were identified and 211 of which were new. Among them, 24 loci exhibited cis-eQTLs in a previous transcriptome-wide association study in fruit tissue. Enrichment analysis for all associations showed that up to 10 biological processes were significantly enriched and all of which were closely involved in flavor-related metabolites. A list of promising candidate genes was provided, which could be of great interest for functional validation. I also demonstrated the possibility to significantly increase the content of volatiles that positively contribute to consumer preferences while reducing unpleasant volatiles, by selection of the relevant allele combinations. Taken together, this thesis provides a comprehensive knowledge of the genetic control of tomato flavor, which will promote its improvement.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Jiantao Zhao) 12 Dec 2020
https://hal.inrae.fr/tel-02790163v1
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[tel-02790135] Genetic determinants of tomato response to abiotic stresses
Plants can express different phenotypic responses when exposed to different environmental conditions. This ability, commonly described as phenotypic plasticity, has a very important impact on crop productivity and performance. Understanding the molecular basis of phenotypic plasticity is therefore a crucial issue for plant breeding in the coming years, particularly challenged by climate change predictions. The main objective of this thesis was to assess the impact of tomato (Solanum lycopersicum) response to water deficit, high temperature and salinity stresses at the phenotypic level,and to characterize the genetic architecture of phenotypic plasticity.To this end, a multi-parental (MAGIC) population, derived from the cross of eight parental lines wasevaluated in a multi-environment trial (MET) design including optimal culture conditions with adequate water irrigation and water deficit (WD), salinity stress (SS) and high temperature stress (HT) in France,Israel and Morocco. A total of 12 environments were tested, each environment being regarded as acombination of Treatment x Location x Year. Several phenotypic traits were measured in relation toplant vigor, fruit quality, phenology and yield component traits.Phenotypic analyses revealed significant genotype-environment (GxE) interactions for the majority oftraits assessed. These GxE interaction were subsequently decomposed through various parameters ofphenotypic plasticity by estimating the genotypic sensitivities of MAGIC lines to environmental variations. A linkage mapping analysis was performed using regression and mixed linear models,accounting for the haplotype probabilities of the inheritance of parental alleles, to identify the loci(QTL) involved in the variation of mean and phenotypic plasticity phenotypes. The study highlighted acomplex genetic architecture of phenotypic plasticity in tomato, which is predominantly (66% of QTLsof plasticity) controlled by loci different from those affecting the phenotypic means.We proposed several plasticity candidate genes that require further investigation for functionalvalidation and a clear understanding of their mode of action. In the agronomic context, the results presented in this study open interesting perspectives for the development of tomato varieties adaptedto abiotic stresses by presenting on the one hand, interesting genetic markers for marker-assisted orgenomic selection programs and, on the other hand, interesting genotypes to evaluate in future breeding programs.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Isidore Diouf) 12 Dec 2023
https://hal.inrae.fr/tel-02790135v1
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[tel-02185095] Comparative analyses of the molecular footprint of domestication in three Solanaceae species : eggplant, pepper and tomato
Domestication started thousand years ago when human shifted from hunter-gatherer to agrarian societies. They started selecting wild plants for phenotypes related to consumption andyield. This evolutionary process induced changes in the gene pool of domesticated plants. This thesis focuses on genetic footprints induced by domestication within a trio of Solanaceae species: the eggplant (Solanum melongena), the pepper (Capsicum annuum) and the tomato (S. lycopersicum).Crop plants have been selected for thousand years on phenotypic traits, but the molecularconsequences of such selection remain unknown at the genome-wide scale. The study was performed on a RNAseq data set; using comparative methods between crops and their wild relatives,I studied, at the intra-specific scale, the demographic history, and, both the nucleotide diversity and the gene expression changes due to domestication. Comparing these three independent events ofdomestication, is a great opportunity to decipher the interspecific genetic changes, converging for the three species, during the human selection process.The first chapter is a book chapter about population genomics in model species. It details thestate of art of hundred years of research on tomato as model species (S. lycopersicum). Tomato is amodel species in genetics, as well as in population genomics thanks to the important collection of genomic data that have been accumulating over years. Tomato has the strongest economic importance within the trio of studied species. By highlighting the importance of crop wild relative species for adaptability improvement of modern cultivars, this chapter describes the scientific context of this thesis work.The two next chapters are following these researches and show the importance to both conserve and study the crop wild relative species.In the second chapter, I hypothesize that demographic changes within the three species experience a convergence, despite their independent domestication events. The comparative studyof demographic inferences allows the reconstruction of each domesticated species demographichistory. Theses inferences facilitate the parameter estimations such as the migration rate between crop and wild, the bottleneck strength paired with the human selection and the duration of thedomestication events. This chapter reveals a common bottleneck phenomenon as well as migration rate dependent to the allopatric or sympatric state of the crops with their wild relatives. Knowledge concerning the domestication events dating, for each of the three species, remain poorly studied and this thesis work discloses relative domestication time durations.These new insights bring valuable knowledge to the three species and induce a questioning on thedifferent genome parts that are selected and modified through domestication.The third chapter, test the hypothesis of a convergent evolution of molecular changes,especially transcriptional, induced by domestication and modern breeding. The comparative analysis of crop plants and their wild relatives assesses the convergence of regulation and adaptation mechanisms due to domestication. By testing the correlation between the selection footprints on genes and the gene expression changes in crop compared to their wild relative species, the previous hypothesis was confirmed. This analysis implies that domestication modified gene expression in the three species beyond only nucleotide polymorphisms. The ortholog analysis of our species genes, confirmed that domestication facilitated the fruit development and plant growth but relaxed selective pressure on genes of plant defense and environmental stresses tolerance. Demonstrating demographic changes and molecular footprints of domestication, my PhD thesis highlights several proofs of convergence.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Stéphanie Arnoux) 17 Jul 2019
https://theses.hal.science/tel-02185095v2
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[tel-02946973] Étude d’effecteurs de l’oomycète pathogène Phytophthora capsici exprimés au cours de l’interaction avec le piment et la tomate
Les plantes ont développé des mécanismes de défense complexes pour se prémunir de l’attaque des agents pathogènes. Ces mécanismes conduisent à des résistances pouvant être partielles ou totales.Les agents pathogènes codent des effecteurs de pathogénicité qui perturbent ces mécanismes et permettent ainsi leur développement au sein de la plante. Les effecteurs sont des protéines diverses,souvent à évolution rapide et à l’origine du contournement des résistances. Les approches de pathogénomiques, telles que les études transcriptomiques et les criblages à haut-débit de plantes par des effecteurs, renseignent sur les fonctions assurées par les effecteurs et leur rôle dans le contournement des résistances. Les résistances quantitatives sont supposées être plus durables,même si des évènements de contournement ont été décrits dans la littérature. Cette thèse, centrée sur l’étude des effecteurs de Phytophthora capsici vis-à-vis du piment (Capsicum annuum) et de la tomate (Solanum lycopersicum), s’articule autour de 3 chapitres de résultats. Le Chapitre I traite des effets du génotype de l’hôte sur les mécanismes moléculaires déployés par Phytophthora capsici. J’ai comparé les profils transcriptomiques de deux isolats de P. capsici, contrastés par leur niveau d’agressivité sur le piment, pendant leur interaction avec deux génotypes de piment, contrastés par leur niveau de résistance. Ces comparaisons ont révélé des différentiels d’expression pour des gènes associés au transport et au métabolisme et pour des gènes codant des effecteurs. Dans le Chapitre II,l’activité d’avirulence des effecteurs cytoplasmiques détectés différentiellement exprimés dans le chapitre précédent a été testée. Le criblage des effecteurs via un pipeline d’expression transitoire in planta a révélé le lien entre les différences d’expression et leur capacité à induire les réponses immunitaires des plantes. Le Chapitre III s’intéresse à l’analyse de la diversité des effecteurs. J’ai utilisé des données transcriptomiques issues du séquençage d’ARN de 33 isolats, provenant de différentes régions géographiques et collectés sur différents hôtes, prélevés à 24 et 72 heures après infection d’un génotype de tomate sensible. Les effecteurs montrent des niveaux élevés de diversité mais les isolats ne se structurent pas significativement selon l’hôte sur lequel ils ont été collectés.Cette étude transcriptomique a révélé 53 effecteurs « core » exprimés. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse permettent d’approfondir notre connaissance de l’interaction entre P.capsici et le piment ou la tomate, et fournissent des outils aux sélectionneurs pour développer des résistances plus durables.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Gaétan Maillot) 23 Sep 2020
https://theses.hal.science/tel-02946973v1
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[tel-01970364] Genetic and genomic determinants of response to water deficit in tomato (Solanum lycopersicum) and impact on fruit quality
Water scarcity will constitute a crucial constraint for agricultural productivity in a nearfuture. High throughput approaches in model species have identified hundreds of genespotentially involved in survival under drought conditions, but very few having beneficialeffects on quality and yield in crops plants. Nonetheless, controlled water deficits mayimprove fleshy fruit quality through weaker dilution and/or accumulation of nutritionalcompounds. In this context, the first part of the PhD was aimed at deciphering the geneticdeterminants of the phenotypic response to water deficit in tomato by exploring thegenotype by watering regime (G x W) and QTL by watering regime (QTL x W) interactions intwo populations. The first population consisted in recombinant inbreed lines (RIL) from across between two cultivated accessions and the second was composed of diverse small fruittomato accessions mostly native from South America. Plants were phenotyped for majorplant and fruit quality traits and genotyped for thousands of SNP. Data were analyzed withinthe linkage and association mapping frameworks allowing the identification of QTLs andputative candidate genes for response to water deficit in tomato. The second part of the PhDhad the objective to explore gene regulation in green fruit and leaves of tomato plantsstressed by water deficit. For this purpose, RNA-Seq data were collected on the two parentalgenotypes of the RIL population and their F1 hybrid. Data were analyzed to identifydifferentially expressed genes and allele specific expression (ASE). Then, the expression of200 genes was measured in leaves and fruits of the whole RIL population by high throughputmicrofluidic qPCR. eQTLs and eQTL by watering regime interactions were mapped for thosegenes using linkage mapping. Colocalisations with the phenotypic QTLs were analyzed. Theknowledge produced during this PhD will contribute to a better understanding of the tomatoplant interaction with their environment and provide bases for improvement of fruit qualityunder limited water supply.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Elise Albert) 05 Jan 2019
https://theses.hal.science/tel-01970364v1
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[tel-01753184] Adaptation des populations virales aux résistances variétales et exploitation des ressources génétiques des plantes pour contrôler cette adaptation
L’utilisation de variétés de plantes porteuses de gènes majeurs de résistance a longtemps été une solution privilégiée pour lutter contre les maladies des plantes. Cependant, la capacité des agents pathogènes à s’adapter à ces variétés après seulement quelques années de culture rend nécessaire la recherche de résistances à la fois efficaces et durables. Les objectifs de cette thèse étaient (i) d’identifier chez la plante des régions génomiques contraignant l’évolution des agents pathogènes en induisant des effets de dérive génétique et (ii) d’étudier l’impact des forces évolutives induites par la plante sur la capacité d’adaptation des pathogènes aux résistances variétales, l’ambition étant par la suite d’employer au mieux ces forces pour limiter l’évolution des pathogènes. Le pathosystème piment (Capsicum annuum) – PVY (Potato virus Y) a été principalement utilisé pour mener ces travaux de recherche. Afin de répondre au premier objectif, une cartographie de QTL (quantitative trait loci) sur une population biparentale de piment et une étude de génétique d’association sur une core-collection de piments ont été réalisées. Ces deux approches ont permis de mettre en évidence des régions génomiques sur les chromosomes 6, 7 et 12 impliquées dans le contrôle de la taille efficace des populations virales lors de l’étape d’inoculation du virus dans la plante. Certains de ces QTL ont montré une action vis-à-vis du PVY et du CMV (Cucumber mosaic virus) tandis que d’autres se sont révélés être spécifiques d’une seule espèce virale. Par ailleurs,le QTL détecté sur le chromosome 6 co-localise avec un QTL précédemment identifié comme contrôlant l’accumulation virale et interagissant avec un QTL affectant la fréquence de contournement d’un gène majeur de résistance. Pour répondre au second objectif, une analyse de la corrélation entre l’intensité des forces évolutives induites par la plante et une estimation expérimentale de la durabilité du gène majeur a été réalisée. De l’évolution expérimentale de populations de PVY sur des plantes induisant des effets de dérive génétique, de sélection et d’accumulation virale contrastés a également été effectuée. Ces deux études ont démontré qu’une plante induisant une forte dérive génétique associée à une réduction de l’accumulation virale permettait de contraindre l’évolution des populations virales, voire d’entraîner leur extinction. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le déploiement de déterminants génétiques de la plante qui influenceraient directement le potentiel évolutif du pathogène et permettraient de préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Lucie Tamisier) 29 Mar 2018
https://theses.hal.science/tel-01753184v2
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[anses-05173229] Avis de l’Anses relatif au projet de décret relatif à la modification de la liste des techniques d’obtention d’organismes génétiquement modifiés ayant fait l’objet d’une utilisation traditionnelle et dont la sécurité pour la santé publique ou l’environnement est avérée depuis longtemps
L’Anses a été saisie le 21 novembre 2024 par la Direction générale de l’alimentation (DGAl) et la Direction générale de la prévention des risques (DGPR) pour : « rendre un avis sur le projet de décret relatif à la modification de la liste des techniques d’obtention d’organismes génétiquement modifiés ayant fait l’objet d’une utilisation traditionnelle et dont la sécurité pour la santé publique ou l’environnement est avérée depuis longtemps, en application de l’article L. 531-2 du code de l’environnement. » CONTEXTE ET OBJET DE LA SAISINE Conformément à l’article L. 531-2 du Code de l’environnement, la liste des techniques, citées dans l’article D. 531-2, permettant d’obtenir des organismes génétiquement modifiés (OGM), ayant « fait l’objet d’une utilisation traditionnelle sans inconvénient avéré pour la santé publique ou l’environnement », et dont les produits ne sont donc pas soumis aux dispositions prévues par les articles L. 125-3, L. 515-13 et L. 531-1 à L. 537-1 du Code de l’environnement, est fixée par décret après avis de l’Anses. Suite à un recours engagé en 2015 par la Confédération paysanne et d’autres organisations portant sur les variétés rendues tolérantes aux herbicides, notamment celles obtenues au moyen de techniques de mutagenèse, le Conseil d’État (CE) a interrogé à deux reprises la Cour de justice de l’Union européenne (CJUE) sur les techniques permettant d’obtenir des OGM entrant dans le champ d’application de la directive n° 2001/18/CE1. Les conclusions de la CJUE sont exposées dans deux arrêts, rendus les 25 juillet 20182 et 7 février 20233. Afin de mettre en œuvre les décisions du CE du 7 février 20204 et du 23 octobre 20245, prenant en compte ces deux arrêts, un projet de décret a été élaboré par les autorités françaises. Dans ce contexte, la DGAl et la DGPR ont donc saisi l’Anses pour avis sur le projet de décret relatif à la modification de l’article D.531-2 du Code de l’environnement. Le CE précise, au considérant 5. de sa décision du 23 octobre 2024, qu’ « il appartient au Premier ministre d'adopter un projet de décret modifiant l'article D. 531-2 du code de l'environnement, qui fixe la liste des techniques permettant l'obtention d'organismes génétiquement modifiés qui, en application de l'article L. 531-2 du même code, ne sont pas soumis aux dispositions du titre III du livre V de ce code, afin d'ajouter, au premier alinéa, après les mots « comme donnant lieu à une modification génétique », les mots « ou qui ont fait l'objet d'une utilisation traditionnelle et dont la sécurité pour la santé publique ou l'environnement est avérée depuis longtemps », et au a) du 2°, après le mot « mutagenèse », le mot « aléatoire » ». Le CE précise que le décret devra être adopté dans un délai de quatre mois à compter de sa décision, après avis de l’Anses.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Laurence Vernis) 22 Jul 2025
https://anses.hal.science/anses-05173229v1
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[hal-04502421] Proteomic analyses of the Arabidopsis cap-binding complex define core set and TOR-dependent protein components
The eukaryotic cap-binding complex (CBC) is a hub for regulations affecting mRNA behaviour including translation, degradation and storage. Beside the core eukaryotic translation initiation factors, other proteins, many of which are yet unknown, are thought to interact stably or transiently with the CBC depending on cell status. The prototype of these regulators is the animal eIF4E binding protein (4E-BP), a direct target of the TOR (Target of Rapamycin) kinase that competes with the cap-binding protein eIF4E, thus repressing translation. In plants, no functional homologs of 4E-BP have so far been characterized. In this work we performed several deep proteomic analyses of the Arabidopsis CBC after cap-affinity purification from wild-type plants. We also investigated the CBC in eIF4E mutant plants, Arabidopsis lines with lower TOR activity, or during infection with eIF4E-dependent potyviruses, conditions which are all affecting translation at the initiation level. These analyses allowed us to define a limited core set of CBC components, which were detected in all samples. Interestingly, we identified proteins, like AGO1 or VCS, which were always detected in conditions where either TOR or mRNA translation were reduced. Meta-analysis of these data revealed several new plant interactors of the CBC, potentially defining pathways related to mRNA stability and degradation, metabolism and viral life cycle. A search for eIF4E binding motifs identified several new potential 4E-BP relatives in plants.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Annemarie Matthes) 13 Mar 2024
https://hal.inrae.fr/hal-04502421v1
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[tel-01635960] Study of the genetic variability of peach in susceptibility to brown rot during fruit development in relation with changes in physical and biochemical characteristics of the fruit
Brown rot (BR) in peach fruit caused by the fungus Monilinia spp. is a common disease that can provoke as much as 30 to 40% losses of crop. Currently, all cultivated peaches are more or less sensitive to BR. No other alternative than chemical treatment is available, hence fungicide applications are required until pre-harvest. Such applications are damaging the environment and may let residues in fruits. A review of literature was accomplished to compile the knowledge scattered in the literature from many years. The aim of this study is to investigate the factors of resistance of the fruit to M. laxa at different stages of fruit growth and their genetic control by studying contrasted genotypes and an interspecific peach progeny. The first focus was made on few cultivars to study the evolution of sensibility of fruits to M. laxa during their development in relation with structural and biochemical characteristics of the fruit, e.g. cuticular conductance, micro-cracks and fruit surface compounds. Some compounds were detected for the first time on peach fruit. The results confirmed that during the stage I immature fruits are susceptible to BR. Fruit cuticular conductance was high probably due to high density of stomata and thin cuticule in formation. In contrary, at pit hardening stage fruits were resistant, cuticular conductance was low and the levels of surface compounds exhibit a peak. When maturity approaches, fruit become susceptible again. With rapid development of the fruit during this stage, the surface compounds were diluted and micro-cracks often appear which resulted in high cuticular conductance. At stage I we explored the different physical characteristics of the immature fruit in relation with susceptibility to M. laxa. A hundred of individuals of an interspecific peach progeny called BC2 were characterized through laboratory infection, monitoring of fruit transpiratory losses and estimating stomata density (only for nectarines). Unexpected symptoms (not progressing ‘clear spot’) were observed. The cuticular conductance was significantly linked to the likelihood of infection, but the stomata number had no effect on the likelihood of infection. QTL controlling fruit resistance to BR, cuticular conductance and stomata number have been identified and some co-locations observed. At maturity stage we investigated the genetic control of BR resistance together with biochemical compounds of fruit epidermis. For three years, mature fruits from the BC2 progeny were infected with two modalities of infection: spray until runoff in the orchard to measure infection probability and drop in the laboratory conditions in order to observe the characters of beginning, progression and speed of infection. The BC2 progeny displayed high variability for BR resistance. Despite low stability between years, genotypes with high level of resistance were identified. In addition in 2015, we explored the variation in epidermis compounds of fruit within the BC2 progeny. Phenolic compounds, terpenoids and derivatives were quantified by HPLC. The relationship between BR resistance and presence and/or levels of certain epidermis compounds and the genetic control of these compounds were investigated. BR of peach fruit is a complex problem which is still far from resolved. Progress has been made in the knowledge of structural and biochemical characteristics involved in BR resistance and regions of the genome that could confer certain disease tolerance have been detected. Further work is needed to develop molecular markers for marker assisted selection. The results obtained suggest that solutions for the future lie in associations of tolerant cultivars _ less susceptible to micro-cracks and with high content of epidermis compounds potential inhibitor of the fungus development _ with cultural practices reducing both risks of fruit cracking and occurrence of micro-climatic conditions favorable to BR spread and sporulation.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Leandro de Oliveira Lino) 16 Nov 2017
https://theses.hal.science/tel-01635960v1
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[tel-01366023] Du gène au phénotype : contrôle génétique et modélisation du métabolisme des sucres chez la pêche
La qualité du fruit est un caractère multicritère avec des relations antagonistes fréquentes. La perception de la qualité du fruit dépend fortement de l’équilibre entre les teneurs en sucres et acides. Parmi les 3 sucres dits majeurs dans les fruits que sont le saccharose, le glucose et le fructose, le fructose présente un pouvoir sucrant plus important et sa concentration est le facteur qui affecte le plus le goût sucré du fruit.L’objectif de cette thèse est d’analyser le métabolisme des sucres chez la pêche d’un point de vue métabolique, enzymatique et génétique et d’intégrer dans un modèle mathématique l’ensemble des informations obtenues. Ce travail porte plus particulièrement sur la mise en évidence de l’effet d’une perturbation de la teneur en fructose sur l’ensemble du métabolisme des sucres ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine de ce phénotype appelé ‘peu de fructose’. Une caractérisation biochimique quasi-exhaustive du métabolisme des sucres a été réalisée au cours du développement du fruit.Pour cela 6 métabolites et 12 capacités enzymatiques ont été mesurés chez 106 génotypes d’une population issue d’un croisement interspécifique. Cette étude a révélé une grande stabilité des capacités enzymatiques malgré l’importante variation des métabolites. Sur la base des données de 10 des génotypes, un modèle métabolique dynamique permettant de simuler l’accumulation des sucres au cours du développement du fruit a été développé et validé. Ce modèle permet de simuler des phénotypes contrastés et aide ainsi à l'exploration des mécanismes sous-jacents au phénotype ‘peu de fructose’. La caractérisation biochimique de la population a également fait l’objet d’une recherche de QTL. Cette étude a mis en exergue l’inconstance de l’effet de certains loci au cours du développement du fruit ainsi que des co-localisations de QTL de métabolites et capacités enzymatiques et de gènes candidats. Cette recherche a également confirmé la région génomique responsable du phénotype ‘peu de fructose’ au sein de laquelle un gène candidat fonctionnel a été mis en évidence. Il s’agit d’un gène homologue au transporteur vacuolaire exportateur de fructose (SWEET17) découvert récemment chez Arabidopsis. Une analyse de ce gène a été engagée afin de valider sa fonction et son implication dans le phénotype ‘peu de fructose’. Grâce à l’intégration des informations obtenues sur le contrôle génétique du métabolisme des sucres dans le modèle métabolique,une perspective de cette thèse sera de simuler les concentrations en sucres de génotypes virtuels ayant différentes combinaisons d’allèles. On pourra alors optimiser les combinaisons d’allèles pour augmenter les concentrations en sucres dans la pêche, ce qui donnera sans doute de nouvelles pistes à l’innovation variétale.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Elsa Desnoues) 14 Sep 2016
https://theses.hal.science/tel-01366023v1
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[hal-04155954] Deciphering plant resilience mechanisms to face the multiple disease challenge in fruit trees
As perennial plants, fruit trees must cope, individually, with the fluctuating threat of multiple pathogens over the years. In this long-lasting battle for plant immunity, disease resilience is emerging as a key mechanism for tree survival and fitness. More fundamental research is required to improve our understanding of disease resilience mechanisms, which in turn could be particularly relevant for a more sustainable fruit production. As this approach is novel for that field, we propose i) a clear definition of resilience for fruit producing trees, ii) a methodology for studying its phenotypic components which requires repeated measures of “resilience biomarkers”, iii) to decipher the genetic architecture of resilience components, and iv) an innovative strategy based on high-throughput phenotyping and genomics for identifying resilient genotypes. All in all, disease resilience appears as a meaningful breeding perspective in a context of unprecedented plant protection restrictions.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Marie Serrie) 07 Jul 2023
https://hal.inrae.fr/hal-04155954v1
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[hal-04670606] Nanopore adaptive sampling to identify the NLR-gene family in melon (Cucumis melo L.)
Nanopore Adaptive Sampling (NAS) offers a promising approach for assessing genetic diversity in targeted genomic regions. Herein, we design and validate an experiment to enrich a set of resistance genes in several melon cultivars as a proof of concept. We showed that each of the 15 regions we identified in two newly assembled melon genomes (subspecies melo) were successfully and accurately reconstructed as well as in a third cultivar from the agrestis subspecies. We obtained a fourfold enrichment, independently from the samples, but with some variations according to the enriched regions. In the agrestis cultivar, we further confirmed our assembly by PCR. We discussed parameters that can influence enrichment and accuracy of assemblies generated through NAS. Altogether, we demonstrated NAS as a simple and efficient approach to explore complex genomic regions. This approach finally unlocks the characterization of resistance genes for a large number of individuals, as required for breeding new cultivars responding to the agroecological transition.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Javier Belinchon-Moreno) 28 Aug 2024
https://hal.inrae.fr/hal-04670606v1
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[tel-00991628] Analyse fonctionnelle et étude de la régulation de gènes candidats sous-jacents au QTL GpaVspl impliqué dans la résistance au nématode à kyste Globodera pallida chez la pomme de terre
Les nématodes à kystes sont l’un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des « mitochondrial, transcription terminationfactor » (mTERF), dont l’implication dans des mécanismes de résistance n’a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Patricio Salvador Castro Quezada) 15 May 2014
https://theses.hal.science/tel-00991628v1
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[tel-00982624] Bases génétiques et fonctionnelles de la durabilité des résistances polygéniques au virus Y de la pomme de terre (PVY) chez le piment (Capsicum annuum)
Les résistances génétiques permettent une lutte efficace contre les maladies des plantes cultivées mais sont limitées par les capacités d’évolution des bioagresseurs ciblés. Chez le piment, le fonds génétique peut améliorer la durabilité de la résistance au PVY conférée par le gène majeur pvr23. L’objectif de ma thèse était de caractériser les facteurs génétiques de l’hôte conditionnant la durabilité du gène majeur en répondant aux questions suivantes : (i) Quels sont leurs actions sur l’évolution des populations virales ? (ii) Correspondent-ils aux QTL (quantitative trait loci) de résistance partielle ? (iii) Sont-ils répandus au sein des ressources génétiques du piment ? Différentes expérimentations incluant des tests de résistances, d’évolution expérimentale et de compétition entre différents variants viraux, ont montré que les facteurs du fonds génétique augmentant la durabilité de pvr23 agissaient en : (i) diminuant la concentration virale dans la plante, (ii) en réduisant les probabilités de mutations du PVY vers le contournement du gène pvr23 et (iii) en ralentissant la sélection des variants viraux contournants. La détection de QTL et la cartographie des facteurs génétiques affectant la fréquence de contournement de pvr23 (QTL de durabilité) a mis en évidence quatre régions du génome du piment qui, par des effets additifs ou épistatiques, expliquent 70% de la variabilité phénotypique observée. La cartographie comparée montre que trois des quatre QTL de durabilité co-localisent avec des QTL affectant la résistance partielle, suggérant que les QTL de résistance partielle ont un effet pléiotropique sur la durabilité d’un gène majeur de résistance. L’étude d’une collection de 20 accessions de piment, porteuses de pvr23 ou pvr24(allèle très proche de pvr23) dans des fonds génétiques variés, a montré que les fonds génétiques favorables à la durabilité de ces allèles de résistance sont fréquents dans les ressources génétiques du piment. Ces résultats mettent en évidence que la durabilité d’un gène majeur de résistance peut-être fortement augmentée lorsqu’il est associé à des facteurs génétiques réduisant la multiplication du pathogène. De plus, la fréquence de contournement du gène majeur s’est révélée être un caractère très héritable (h²=0.87) et la détection de QTL affectant ce caractère est possible. La sélection directe pour de tels QTL est donc envisageable et ouvre de nouvelles perspectives pour préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance utilisés en sélection variétale.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Julie Quenouille Épouse Lederer Quenouille-Lederer) 24 Apr 2014
https://theses.hal.science/tel-00982624v1
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[tel-04288793] MDHAR3 : une enzyme à l'interface de la défense antioxydante, du métabolisme carboné et de la qualité du fruit chez la tomate
Chez les plantes, l’étude des antioxydants et des métabolismes associés présente un triple intérêt, en raison (i) des vertus nutritionnelles des antioxydants (ii) de leur implication dans la tolérance au stress et (iii) de leur capacité à réguler des processus cellulaires essentiels. L’enzyme monodehydroascorbate reductase (MDHAR) participe à ce type de métabolisme car elle permet le recyclage de l’ascorbate, un antioxydant majeur, à partir de sa forme oxydée, le monodehydroascorbate. Ce travail de thèse, utilisant la tomate comme modèle d’étude, a consisté à étudier les conséquences d’une modification de l’activité d’une isoforme de MDHAR (MDHAR3) sur la teneur en ascorbate, le développement et la tolérance des fruits au froid. Nous avons identifie une régulation négative de la teneur en ascorbate par MDHAR3 : la sous-expression de cette enzyme augmente les teneurs en ascorbate d’environ 20%, et la surexpression produit un effet inverse, ces deux mécanismes n’apparaissant qu’en condition de forte intensité lumineuse. La sous-expression de MDHAR3 a également réveillé la capacité de cette enzyme à réguler le métabolisme carboné, produisant d’importantes modifications phénotypiques au niveau de la croissance précoce de la plante et de la taille du fruit. Ces résultats suggèrent pour MDHAR3 un rôle de médiateur entre le métabolisme antioxydant et le métabolisme central. Enfin, la caractérisation, en condition de stress au froid, de paramètres physiques et biochimiques de fruits de lignées d’introgression dont l’activité MDHAR3 est modifiée a révélé l’importance d’un système antioxydant efficace dans la tolérance à ce type de stress, en particulier immédiatement après la sortie des fruits du froid.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Noé Gest) 16 Nov 2023
https://theses.hal.science/tel-04288793v1
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[tel-00927514] Exploration du polymorphisme moléculaire et protéique de la tomate pour l’identification de QTL de qualité du fruit
L’amélioration de la qualité du fruit de tomate dépend largement de la variation génétique. A la suite de la domestication et de la sélection moderne, la diversité moléculaire chez la tomate a été profondément réduite, limitant les possibilités d’amélioration. De nouveaux marqueurs moléculaires révélant les polymorphismes nucléotidiques (SNP) constituent des outils précieux pour saturer les cartes génétiques et identifier des QTL (quantitative trait loci) et des associations chez une espèce peu polymorphe comme la tomate. Les objectifs de cette étude étaient de caractériser la diversité génétique de la tomate au niveau moléculaire et de tenter d’identifier des QTL, des gènes et des protéines responsables de la variation de caractères de qualité du fruit. Pour cela, trois études indépendantes ont conduit à (1) la découverte de nouveaux marqueurs SNP, (2) leur utilisation en génétique d’association et (3) l’analyse de la diversité du protéome en relation avec des caractères physiologiques du fruit.Dans la première étude, nous avons comparé deux plateformes de reséquençage pour reséquencer des zones ciblées couvrant environ 0.2% du génome de deux accessions contrastées. Plus de 3000 SNP sont été identifiés. Nous avons ensuite validé 64 SNPs en développant des marqueurs CAPS. Nous avons ainsi montré l’intérêt des techniques de reséquençage pour la découverte de SNP chez la tomate et produit des marqueurs simples qui peuvent être utiles pour caractériser de nouvelles ressources.Nous avons ensuite développé un ensemble de 192 SNPs et génotypé une collection de 188 accessions comportant des accessions cultivées, des types “cerise” et des formes sauvages apparentées et recherché des associations avec 10 caractères de qualité du fruit. Une quarantaine d’associations a été détectée dans des régions où des QTL avaient été préalablement identifiés. D’autres associations ont été identifiées dans de nouvelles régions. Nous avons ainsi confirmé le potentiel de la génétique d’association pour la découverte de QTL chez la tomate. Finalement une approche combinant l’analyse du protéome, du métabolome et de traits phénotypiques a été mise en oeuvre pour étudier la variabilité naturelle de la qualité du fruit de huit lignées contrastées et de quatre de leurs hybrides, à deux stades de développement (expansion cellulaire et orange-rouge). Nous avons identifié 424 spots protéiques variables en combinant électrophorèse bidimensionnelle et nano LC MS/MS et construit une carte de référence du protéome de fruit de tomate. En parallèle, nous avons mesuré la variation de teneurs en 34 métabolites, les activités de 26 enzymes et cinq caractères phénotypiques. La variabilité génétique et les modes d’hérédité ont été décrits. L’intégration des données a été réalisée par construction de réseaux de corrélations et régression sPLS. Plusieurs associations ont été détectées intra et inter niveau d’expression, permettant une meilleure compréhension de la variation de la qualité des fruits de tomate
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Jiaxin Xu) 13 Jan 2014
https://theses.hal.science/tel-00927514v1
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[tel-00769939] Potentiel évolutif et adaptation des populations de l'agent du mildiou de la laitue, Bremia lactucae, face aux pressions de sélection de la plante hôte, Lactuca sativa
Des nouvelles résistances aux agents pathogènes introgressées dans les plantes cultivées sont fréquemment contournées dans différents pathosystèmes, engendrant des épidémies et des pertes économiques. En conséquence, la compréhension des stratégies évolutives impliquées dans l’adaptation des populations pathogènes est nécessaire pour améliorer la gestion durable des résistances. Bremia lactucae, agent pathogène de la laitue est un organisme diploïde, hétérothallique avec des cycles de reproduction sexuée et asexuée. Cet oomycète est soumis aux fortes pressions de sélection exercées par des gènes de résistance de la plante hôte. Sous cette pression de sélection, les populations de B. lactucae ont montré une rapide adaptation aux résistances hôtes qui se sont donc avérées peu durables. L’étude de la structure génétique d’un agent pathogène peut permettre de comprendre les mécanismes évolutifs impliqués dans le contournement des résistances variétales. Ainsi, une étude de la structure génétique (neutre et potentiellement soumise à sélection) des populations de B. lactucae en France a été conduite afin d’identifier les forces évolutives impliquées dans le contournement des résistances de l’hôte et de déterminer l’influence des pressions de sélection des gènes de résistance de la plante hôte sur cette structure. J’ai validé 12 microsatellites, marqueurs moléculaires neutres, pour analyser la structure génétique de B. lactucae en France. Plus de 800 isolats ont été prélevés dans les plus importants bassins de production de la plante hôte, Lactuca sativa. Ces isolats ont été prélevés sur différentes variétés regroupées selon leur combinaison de gènes de résistance. Par ailleurs, une prospection dans le compartiment sauvage a permis d’échantillonner des isolats de B. lactucae sur la plante hôte adventice L. serriola. Le polymorphisme de plusieurs effecteurs candidats à motif RxLR, a été étudié dans différentes populations de Bremia. La faible diversité génétique et l’excès d’hétérozygotie observés sont en faveur d’une reproduction clonale mais de rares évènements de reproduction sexuée sont également suggérés par les résultats. Par ailleurs, la faible différenciation génétique entre populations suggère des flux de gènes importants à l’échelle des régions. Des flux de gènes ont également été mis en évidence entre le pathosystème du compartiment sauvage et le pathosystème du compartiment cultivé évoquant un possible rôle de réservoir génétique des plantes hôtes adventices. Une structuration des populations en plusieurs lignées clonales résultant de la pression de sélection des gènes de résistance des cultivars est également indiquée par l’analyse des résultats des marqueurs neutres et sélectionnés. La caractérisation de la structure des populations de B. lactucae nous permet de mettre en évidence le fort potentiel évolutif (flux de gènes importants, système de reproduction mixe, sélection de mutants et de migrants par les gènes de résistance) de B. lactucae expliquant la rapide adaptation aux résistances hôtes. Ainsi, nous pouvons suggérer des pistes de gestion des gènes de résistance comme favoriser l’utilisation de résistances quantitatives et l’utilisation de cultures d’association afin d’améliorer la durabilité des résistances.
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Romain Valade) 04 Jan 2013
https://theses.hal.science/tel-00769939v1
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[hal-02890162] Séminaire d’échanges sur les pratiques de recherches interdisciplinaires à INRAE, 7-8 Janvier 2020, Synthèse
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ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Isabelle Arpin) 10 Jul 2020
https://hal.inrae.fr/hal-02890162v2
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[hal-04648013] A plant-specific homolog of DP1/Yop1 family proteins plays a proviral role in potyvirus infection
The Potyvirus genus is one of the largest genera of plant RNA viruses responsible for serious diseases in vegetable and fruit crops worldwide [1]. As potyviruses have developed strategies to hijack the host secretory pathway and plasmodesmata (PD) for their transport, the goal of this study was to identify membrane and/or PD-proteins that interact with one of the viral proteins involved in the cell-to-cell movement of turnip mosaic virus (TuMV) the “second 6 kDa molecular-weight membrane anchoring protein” (6K2). The 6K2 induces the formation of endoplasmic reticulum (ER)-derived viral vesicles, important not only for replication but also for intra- and intercellular movement of TuMV [2]. In Arabidopsis thaliana, AtHVA22a (Hordeum vulgare abscisic acid responsive gene 22) belongs to a multigenic family of transmembrane proteins, homologous to DP1/Yop1 family proteins in yeast and interactors of reticulons, which are responsible for the constriction of ER tubules. The role of HVA22 gene family has been poorly studied in plants, even if its potential involvement in response to abiotic stresses was highlighted [4]. Recent proteomics analysis of PD fractions purified from Arabidopsis thaliana suspension cells showed that AtHVA22a is highly enriched in plasmodesmata proteome [3]. Here, using a Split-ubiquitin membrane Y2H assay we screened an Arabidopsis cDNA library and identified AtHVA22a as an interactor of the 6K2 protein of TuMV. We further confirmed this interaction in yeast and in planta using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) and showed that the 6K2/AtHVA22a interaction occurs at the level of the viral replication complexes during TuMV infection and partially at PD levels. Furthermore, overexpression of AtHVA22a increases TuMV propagation in Nicotiana benthamiana while TuMV propagation is slowed down in AtHVA22a-CRISPR/Cas9 mutants. Altogether, our results indicate that AtHVA22a plays an agonistic effect on TuMV propagation. [1] doi:10.1099/jgv.0.000740. [2] doi:10.3389/fmicb.2013.00351. [3] doi:10.15252/embr.201847182. [4] DOI: 10.1023/a:1015593715144
ano.nymous@ccsd.cnrs.fr.invalid (Mingshuo Xue) 15 Jul 2024
https://hal.inrae.fr/hal-04648013v1
