Evolution moléculaire de loci effecteurs et de gènes d'avirulence chez Magnaporthe oryzae, champignon pathogène de riz et d'autres Poacées : [P02/07]

National audienc

Evolution de différents effecteurs de la virulence dans les populations du champignon pathogène Magnaporthe oryzae issues du riz et d'autres plantes hôtes

National audienceChez les champignons phytopathogènes, les petites protéines sécrétées (PPS) sont des effecteurs potentiels de la pathogénie, qui manipulent le métabolisme de l'hôte pour favoriser l'infection. Les gènes d'avirulence, reconnus spécifiquement par les gènes de résistance de la plante, sont majoritairement des PPS. Qu'ils soient effecteurs ou gènes d'avirulence, les PPS sont donc impliquées étroitement dans les interactions avec des protéines de l'hôte, donc dans la coévolution plante-pathogène. Ce processus s'exprime au sein d'une espèce de plante, par l'acquisition et l'évolution de gènes de résistance, ou entre différentes espèces de plantes lors d'éventuels sauts d'hôtes. Notre hypothèse est que les gènes d'avirulence et les PPS effectrices portent des signatures moléculaires de ces processus de coévolution, soit sous forme de polymorphisme de présence/absence, soit sous forme d'une évolution adaptative rapide. Nous avons testé cette hypothèse sur le champignon ascomycète Magnaporthe oryzae, responsable de la pyriculariose du riz et d'autres plantes apparentées. Cette espèce est constituée de groupes génétiques spécialisés sur une plante hôte. Dans un mutant non pathogène, 10 PPS dérégulées par rapport au type sauvage ont été mises en évidence, qui sont donc de bons effecteurs candidats. Par ailleurs, 5 gènes d'avirulence ont été clonés chez M. oryzae, dont 4 sont des PPS. Nous avons étudié le polymorphisme de présence/absence et nucléotidique pour ces 14 PPS dans un échantillon de M. oryzae représentatif de la diversité génétique mondiale sur le riz et d'autres plantes. Nos résultats montrent un important polymorphisme de présence/absence, notamment pour les gènes d'avirulence, indiquant des pertes fréquentes au cours de l'évolution des populations, liées à l'acquisition de nouvelles virulences. Plusieurs gènes présentent des signatures de sélection positive, validant l'hypothèse de l'implication de ces gènes dans les processus de coévolutio

Low genetic diversity in #Melanaphis sacchari# Aphid populations at the worldwide scale

International audienceNumerous studies have examined the genetic diversity and genetic structure of invading species, with contrasting results concerning the relative roles of genetic diversity and phenotypic plasticity in the success of introduced populations. Increasing evidence shows that asexual lineages of aphids are able to occupy a wide geographical and ecological range of habitats despite low genetic diversity. The anholocyclic aphid Melanaphis sacchari is a pest of sugarcane and sorghum which originated in the old world, was introduced into the Americas, and is now distributed worldwide. Our purpose was to assess the genetic diversity and structuring of populations of this species according to host and locality. We used 10 microsatellite markers to genotype 1333 individuals (57 samples, 42 localities, 15 countries) collected mainly on sugarcane or sorghum. Five multilocus lineages (MLL) were defined, grouping multilocus genotypes (MLG) differing by only a few mutations or scoring errors. Analysis of a 658 bp sequence of mitochondrial COI gene on 96 individuals revealed five haplotypes, with a mean divergence of only 0.19 %. The distribution of MLL appeared to be strongly influenced by geography but not by host plant. Each of the five MLL grouped individuals from (A) Africa, (B) Australia, (C) South America, the Caribbean and the Indian Ocean including East Africa, (D) USA, and (E) China. The MLL A and C, with a wide geographic distribution, matched the definition of superclone. Among aphids, M. sacchari has one of the lowest known rates of genetic diversity for such a wide geographical distribution. (Résumé d'auteur

Host Plant Specialization in the Sugarcane Aphid Melanaphis sacchari.

Most aphids are highly specialized on one or two related plant species and generalist species often include sympatric populations adapted to different host plants. Our aim was to test the hypothesis of the existence of host specialized lineages of the aphid Melanaphis sacchari in Reunion Island. To this end, we investigated the genetic diversity of the aphid and its association with host plants by analyzing the effect of wild sorghum Sorghum bicolor subsp. verticilliflorum or sugarcane as host plants on the genetic structuring of populations and by performing laboratory host transfer experiments to detect trade-offs in host use. Genotyping of 31 samples with 10 microsatellite loci enabled identification of 13 multilocus genotypes (MLG). Three of these, Ms11, Ms16 and Ms15, were the most frequent ones. The genetic structure of the populations was linked to the host plants. Ms11 and Ms16 were significantly more frequently observed on sugarcane, while Ms15 was almost exclusively collected in colonies on wild sorghum. Laboratory transfer experiments demonstrated the existence of fitness trade-offs. An Ms11 isofemale lineage performed better on sugarcane than on sorghum, whereas an Ms15 lineage developed very poorly on sugarcane, and two Ms16 lineages showed no significant difference in performances between both hosts. Both field and laboratory results support the existence of host plant specialization in M. sacchari in Reunion Island, despite low genetic differentiation. This study illustrates the ability of asexual aphid lineages to rapidly undergo adaptive changes including shifting from one host plant to another

Variabilité et déterminisme génétique des traits de vie impliqués dans l’évolution de l’agressivité et l’adaptation à la résistance partielle

La recherche des traits impliqués dans la virulence et adaptatifs pour un hôte ou son parasite, l’étude des compromis entre ces traits et des bases génétiques de ces traits, sont cruciales pour la compréhension de l’évolution de la virulence. Dans les pathosystèmes cultivés, la virulence (classiquement définie comme la baisse de fitness infligée à l’hôte par son parasite) est remplacée par la notion de pouvoir pathogène défini comme la quantité de dommages infligée à l’hôte. Une partie du pouvoir pathogène dépend d’interactions spécifiques qualitatives de type gène pour gène prenant de facto en compte la variabilité des génotypes hôtes et parasites. Par contre, très peu de travaux intégrant les interactions génotype X génotype (G X G) ont porté sur l’agressivité, composante qualitative du pouvoir pathogène, qui correspond à la réponse du parasite aux résistances partielles des hôtes. Nous étudions l’adaptation du pathogène fongique modèle Magnaporthe oryzae aux résistances partielles du riz. Nous avons recherché des traits adaptatifs impliqués dans l’agressivité en prenant en compte les interactions G X G, étudié les corrélations entre traits, et recherché leurs bases génétiques. Nous avons d’abord testé 18 isolats de M. oryzae représentatifs de la diversité génétique mondiale sur une variété de riz très sensible. Le nombre de lésions par feuille, la taille des lésions, le nombre de spores par unité de surface de lésion ont été mesurés. Les résultats ont montré des différences significatives entre souches pour les 3 traits évalués. Ces données nous donnent accès à l’héritabilité des caractères mesurés. Nous avons ensuite testé 4 des 18 isolats précédents sur 4 variétés de riz de niveaux de résistance variables et mesuré les mêmes caractères. Nous avons détecté des variations significatives entre souches pour tous les facteurs mesurés, ainsi que des interactions G X G. Des essais préliminaires ont également été réalisés sur la capacité de transmission à des plantes saines. Enfin, un croisement sexué a été réalisé entre les 2 souches ayant des positions extrêmes dans les gammes de variation des traits. Deux cents descendants ont été générés, et génotypés avec 35 marqueurs microsatellites. Cette carte sera complétée par 300 marqueurs développés à partir des génomes complets des 2 parents, qui seront acquis courant 2010. Cette densité devrait permettre de cartographier finement les QTL sous-tendant les traits impliqués dans l’adaptation aux résistances partielles

Illustration of the negative correlation of the performances on sorghum and sugarcane of four isofemale lineages in the laboratory host transfer experiments.

<p>The lineages belong to three MLGs: Ms11 (circles), Ms15 (squares), or Ms16 (triangles). Vertical and horizontal bars represent the standard errors of means.</p

Observed microsatellite Multi Locus Genotypes (MLG): allele size (bp) at each locus, distribution by host plant and in each of the five Multi Locus Lineages (MLL) defined with GENCLONE. Within MLL allelic variations are in bold.

<p>Observed microsatellite Multi Locus Genotypes (MLG): allele size (bp) at each locus, distribution by host plant and in each of the five Multi Locus Lineages (MLL) defined with GENCLONE. Within MLL allelic variations are in bold.</p

Characteristics of samples.

<p>Characteristics of samples.</p

Prevalence of the three most frequent MLGs on sorghum (white bars) and sugarcane (grey bars) samples.

<p>Vertical lines represent standard errors of prevalences.</p

Laboratory comparison of fitness trade-offs in three MLGs.

<p>Ms11 (circles), Ms15 (squares), or Ms16 (triangles). Host transfer experiments were carried out with four isofemale lineages derived from individuals collected either on sorghum (white symbols) or on sugarcane (grey symbols). The figure represents the mean number of aphids per sugarcane or sorghum plantlet 240 hours after 12 plantlets had each been infested with 10 individuals. The experiment was repeated three times. Vertical lines represent the standard errors of means.</p