Systèmes Intégrés En Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement
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UNIVERSITE MONTPELLIER II CENTRE INTERNATIONAL D'ETUDES SUPERIEURES EN SCIENCES AGRONOMIQUES DE MONTPELLIER THÈSE pour l'obtention du diplôme de Doctorat Ecole Doctorale : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement Spécialité : Biologie Intégrative des Plantes par Vincent LE GUEN Exploration de la diversité des résistances génétiques à la maladie sud-américaine des feuilles de l'hévéa (Microcyclus ulez) par cartographie et génétique d'association au sein de populations natureUes le 12 décembre 2008 J.L. Notteghem Professeur Supagro Montpellier Président B. Courtois Chercheur Directeur de thèse M. Manzanares-Dauleux Professeur Agrocampus ouest Rennes Rapporteur C.E. Durel Chargé de recherche Inra Angers Rapporteur M. Seguin Chercheur Examinateur invité Sommaire Remerciements Préambule 3 Chapitre 1 : Introduction 7 1.1. L'espèce cultivée: Hevea brasiliensis 9 1.1.1. Généralités 9 1.1.2. La production de caoutchouc 13 1.1.3. L'amélioration génétique de l'hévéa 16 1.2. Le pathogène : Microcyclus ulei 20 1.3. La propagation des maladies cryptogamiques de grandes cultures 26 Chapitre 2 : Nouveaux résultats concernant le cultivar RO 38 33 Article 1 : Bypassing of a polygenic Mycrocyclus ulei resistance in rubber tree, analysed by QTL detection 35 Introduction 35 Materials and Methods 36 Results 38 Discussion 41 Conclusions et perspectives 46 Chapitre 3 : Détection de nouveaux facteurs génétiques lies à une résistance durable au SALB chez le cultivar MDF 180 49 3.1. Article 2 : Long lasting rubber tree resistance to Microcyc/us ulei characterized by reduced conidial emission and absence of teleomorph 51 Introduction 51 Material and Methods 52 Results 53 Discussion 54 3.2. Cartographie de facteurs de résistance chez le cultivar MDF 180 57 3.2.1. Matériel et méthodes 57 3.2.1.1. Matériel végétal 57 3.2.1.2. Souches de M ulei 58 3.2.1.3. Inoculations en conditions contrôlées 59 3.2.1.4. Observations de l'essai Combi 16 en conditions naturelles d'infestation 61 3.2.1.5. Lecture des symptômes 62 3.2.1.6. Extraction d'ADN 64 3.2.1.7. Analyse des marqueurs SSR 64 3.2.1.8. Tri des marqueurs microsatellites 66 3.2.1.9. Analyse des données 66 3.2.2. Résultats 67 3.2.2.1. Ségrégation des paramètres de résistance 67 3.2.2.2. Cartographie génétique de la descendance PB260 x MDF180 72 3.2.2.3. Cartographie de QTLs de résistance 77 3.3. Discussion générale chapitre 3 79 3.3.1. Description d'une nouvelle résistance de l'hévéa au SALB 79 3.3.2. Cartographie de QTLs de résistance 81 3.3.3. Universalité des locus identifiés 83 3.3.4. Adéquation aux modèles d'interaction hôte-pathogène 84 3.3.4.1. Rappel des principaux concepts 84 3.3.4.2. Quel modèle pour la résistance de MDF 180? 86 3.3.5. Applications à la SAM 87 3.3.6. Génétique d'association 87 Chapitre 4 : Structuration de la diversité dans les populations sauvages d'Hevea brasiliensis d'Amazonie occidentale 89 4.1. Article 3 : Genetic structure of Amazonian populations of Hevea brasiliensis assessed by SSR markers, and application to germplasm management 91 Introduction 93 Materials and Methods 95 R�ul� 98 Discussion 99 Tables 108 Figures Il l 4.2. Résultats complémentaires ne figurant pas dans l'article 114 4.3. Discussion 117 Chapitre 5 : Etendue du déséquilibre de liaison au sein de populations natureUes et application à la détection de facteurs de résistance par étude d'association 121 5.1. Matériel et méthodes 122 5 .1.1. Matériel végétal 122 5.1.2. Extraction d'ADN 123 5.1.3. Marqueurs rnicrosatellites 124 5.1.4. Marqueurs SNPs 125 5.1.5. Analyses statistiques 127 5.1.6. Phénotypage des accessions 130 5.2. Résultats 131 5.2.1. Déséquilibre de liaison entre marqueurs de g2 et g8 131 5.2.1.1. Déséquilibre de liaison génotypique 132 5.2.1.2. Réduction du nombre d'allèles 133 5.2.1.3. Déséquilibre de liaison haplotypique 135 5.2.2. Déséquilibre de liaison entre marqueurs de gl5 137 5.2.3. Recherche d'association avec la résistance au SALB 140 5.2.3.1. Phénotypage en conditions naturelles d'infestation 140 5.2.3.2. Association marqueurs- paramètres de résistance 142 5.3. Discussion 146 5.3.1. Echantillon d'étude 146 5.3.2. Multiallélisme des microsatellites 147 5.3.3. Hétérozygotie des individus échantillonnés 149 5.3.4. Origine et intensité du déséquilibre de liaison des populations étudiées 150 5.3.5. Association avec des gènes de résistance au SALB 151 Chapitre 6 : Conclusion, perspectives 155 6.1. Rappel de l'ensemble des résultats acquis au cours de la thèse 155 6.2. Perspectives 158 6.2.1. A court terme 158 6.2.2. A long terme 160 Références bibliographiques 1 65 Remerciements Je tiens en premier lieu à remercier Marc Seguin qui a été à l'origine de ce travail, qui m'a fa it confiance pour le mener à bien, et dont la disponibilité a été constante tout au long de ces trois années. Je remercie Brigitte Courtois qui a bien voulu diriger cette thèse et avec qui les conversations ont toujours été très enrichissantes. Je remercie Charles Eric Dure/ et Maria Ma nzanares-Dauleux qui ont accepté d'être les rapporteurs de cette thèse, ainsi que Jean-Loup Notteghem dont l'intérêt pour les maladies de l'hévéa ne se dément pas depuis de nombreuses années. Cette thèse n'aurait pu être effectuée sans le concours efficace de tous les collègues de l'unité de service de Pointe-Combi dirigée par Jean-Louis Pradon: Christophe Couturier qui a joué un rôle essentiel dans la mise en place des dispositifs expérimentaux et qui m'a fa it découvrir la fo rêt Guyanaise, Amé die Ma bie, le meilleur greffeur d'hévéas de Guyane, Fragile Baguidy durement ép rouvé au cours de ces de rniers mois, Louis Masson dont la bonne parole nous a fréquemment éclairés, Sy lvain Laurent, Henny Pansa, Joseph Sizo et Jlereste Cézaire. Ce travail doit également beaucoup à Fabien Doaré pour les inoculations, la lecture des symptômes et les extractions d'ADN à Kourou, ainsi qu'à Virgile Condina pour les observations sur le terrain à Combi. Je les en remercie. Je remercie Jean Guyot pour ses informations utiles en mycologie et phytopathologie, ainsi que toute sa fa mille pour l'hospitalité dont ils ont fa it preuve à mon endroit. A Mo ntpellier, mes remerciements vont à Ronan Rival/an pour ses compétences, son dévouement envers tous les génotypeurs chevronnés ou néophytes et pour son endurance, Christelle Weber pour son aide précieuse et sa patience à mon égard, Maguy Rodier-Goud pour m'avoir fa it profiter de son expérience en biologie moléculaire de l'hévéa, Va lérie Pujade-Renaud pour m'avoir éclairé sur la génomique de l'hévéa. Je ne saurais oublier tous les amis que j'ai connus sur les plantations brésiliennes et qui ont su me fa ire partager leur passion pour l'hévéa, et plus particulièrement Carlos Mattos (ainsi que Fabiana et Amandinha pour leur hospitalité), Bertrand Vignes, Eric Cava/oc et Cassio Scomparin. Merci à toutes les personnes qui ont accepté de me prodiguer leurs conseils: Didier Tharreau, Agnès Doligez, Xavier Perrier, Jean-Louis Noyer. Enfin je remercie Denis Lespinasse qui, avec Marc Seguin, a été le pionnier de la cartographie génétique de l'hévéa et avec qui les conversations, bien que trop peu fréquentes à mon goût, sont toujours un réel plaisir. Préambule La culture de l'hévéa s'est considérablement développée en Asie du sud-est depuis le début du XX:ème siècle et représentait, avec 9.23 millions de tonnes, 93% de la production mondiale de caoutchouc naturel en 2006. Toutefois si cette région du monde a su faire preuve d'un important dynamisme agricole au cours des dernières décennies, notamment en ce qui concerne la production de caoutchouc naturel (multipliée par 3.9 en 40 ans), il est probable que le développement futur de l'hévéaculture connaisse un rééquilibrage en faveur d'autres zones de production et notamment de 1'Amér ique Latine. L'Asie du sud-est deviendra en effet de plus en plus une région où s'accentuera la pression sur les terres cultivables, en raison de la conj onction de plusieurs facteurs : forte densité de population humaine, possibilités limitées d'extension des terres agricoles au détriment des zones naturelles, concurrence entre cultures vivrières ou de rente. Plusieurs pays de cette région (Vietnam, Thaïlande, Chine) sont déj à contraints d'établir leurs nouveaux projets d'extension de l'hévéaculture dans des régions qui ne sont pas pourvues de conditions écologiques optimales pour la culture de l'hévéa : climat trop froid ou trop sec, acidité des sols. Par contraste, les régions équatoriales et tropicales du continent sud-américain sont caractérisées par une très faible densité de population, des superficies agricoles importantes, une moindre concurrence de la part de cultures de rente importantes comme le palmier à huile. Elles constituent donc un réservoir important de terres potentiellement disponibles pour la culture de l'hévéa Cependant, la présence du parasite Microcyclus ulei dans toute la région intertropicale de l'Amérique Latine constitue un frein à l'expansion de l'hévéaculture. Ce champignon, responsable de la maladie connue sous le nom de South American Leaf Blight (SALB) est en effet à l'origine d'attaques foliaires qui, lorsqu'elles s'exercent sur des arbres de cultivars sensibles, peuvent par leur fréquence et leur intensité provoquer des défoliations partielles ou totales pouvant aller jusqu'à la mort des arbres.