Caractérisation de la résistance de la canne à sucre à la rouille orangée causée par Puccinia kuehnii et diversité génétique de l'agent pathogène

Abstract

La production mondiale de canne à sucre (Saccharum spp.) repose sur des variétés modernes hautement polyploïdes et aneuploïdes (2n = 10-13x = ~120), issues d'hybridations entre les espèces S. officinarum et S. spontaneum. Cette production est actuellement impactée par la rouille orangée causée par Puccinia kuehnii. Identifiée à Java en 1890, cette maladie est longtemps restée confinée à l'hémisphère Est avant d'être observée pour la première fois dans l'hémisphère Ouest en 2007, en Floride. À La Réunion, la rouille orangée s'est rapidement répandue sur toute l'île depuis son signalement en 2018. La lutte contre cette maladie repose principalement sur la création et le déploiement de variétés tolérantes ou résistantes. Cependant, le déterminisme génétique de la résistance, ainsi que la diversité génétique mondiale de l'agent pathogène, sont encore très mal connus. Cette thèse visait à acquérir des connaissances sur ces aspects afin de faciliter la conception de travaux performants d'amélioration génétique de la résistance. En premier lieu, une étude a été conduite sur une centaine de variétés expérimentales dans un dispositif multi-local d'essais répétés pour mieux appréhender l'évaluation de la maladie en conditions naturelles d'infection à La Réunion. L'héritabilité multi-locale de la résistance à la rouille orangée s'est avérée élevée (0,76-0,91), ce qui reflète une forte composante génétique. Ce dispositif a également permis d'évaluer l'impact de la maladie sur le rendement des variétés les plus sensibles dans les cinq zones agro-climatiques étudiées. Les pertes potentielles estimées sur le tonnage de cannes, en moyenne de 15% pour les cinq zones, atteignent 26% dans les environnements les plus humides. Dans un deuxième temps, les bases génétiques de la résistance à la rouille orangée ont été déterminées par deux approches d'association pangénomique (GWAS) et à l'aide d'un panel de 526 variétés en cours de sélection. Ces variétés ont été évaluées pour leur résistance en conditions naturelles d'infection et génotypées avec près de 183000 marqueurs SNP. Cinq quantitative trait loci (QTLs) de résistance nommés Oru1 à Oru5 et provenant de l'espèce ancestrale S. spontaneum ont été identifiés par une GWAS single-locus. Un sixième QTL (Oru6) issu de l'espèce ancestrale S. officinarum a été détecté par une GWAS multi-locus. Les allèles de résistance des six QTLs procurent des effets phénotypiques modérés à majeurs chez les individus qui les possèdent. La précision de prédiction du niveau de résistance à la rouille orangée fondée sur les seules données génotypiques aux cinq QTLs (Oru1-5) était relativement élevée (0,6). Dans une dernière partie, la diversité génétique mondiale d'isolats de P. kuehnii provenant de 20 zones géographiques a été caractérisée. Aucune diversité significative n'a été identifiée en utilisant 19 marqueurs SSR ayant précédemment permis de révéler différents génotypes de l'agent pathogène au Brésil. Cependant, la différence génétique existant entre les isolats des hémisphères Ouest et Est (Afrique incluse) a été confirmée en analysant l'allèle au SNP PkITS1-183A>G de la région ITS1 de l'ADN ribosomique. Les isolats de P. kuehnii varient également sur la base de séquences partielles de régions codant pour trois effecteurs. Ces résultats, associés à l'identification formelle de P. kuehnii dans deux nouveaux pays africains (Gabon et Kenya), soutiennent l'hypothèse d'une divergence de l'agent pathogène des Amériques à partir de celui qui s'était préalablement propagé en Afrique, et plus précisément au Gabon dès 2006 ou avant. Les isolats de P. kuehnii de La Réunion, génétiquement proches de ceux de l'hémisphère Est, ont montré une importante diversité représentative de la diversité génétique mondiale. L'ensemble de ces résultats apporte des connaissances nouvelles qui seront très utiles au développement de stratégies d'amélioration variétales robustes pour la résistance de la canne à sucre à la rouille orangée