The variety mixture strategy assessed in a G × G experiment with rice and the blast fungus Magnaporthe oryzae

Frequent and devastating epidemics of parasites are one of the major issues encountered by modern agriculture. To manage the impact of pathogens, resistant plant varieties have been selected. However, resistances are overcome by parasites requiring the use of pesticides and causing new economical and food safety issues. A promising strategy to maintain the epidemic at a low level and hamper pathogen's adaptation to varietal resistance is the use of mixtures of varieties such that the mix will form a heterogeneous environment for the parasite. A way to find the good combination of varieties that will actually constitute a heterogeneous environment for pathogens is to look for genotype × genotype (G × G) interactions between pathogens and plant varieties. A pattern in which pathogens have a high fitness on one variety and a poor fitness on other varieties guarantees the efficiency of the mixture strategy. In the present article, we inoculated 18 different genotypes of the fungus Magnaporthe oryzae on three rice plant varieties showing different levels of partial resistance in order to find a variety combination compatible with the requirements of the variety mixture strategy, i.e., showing appropriate G × G interactions. We estimated the success of each plant-fungus interaction by measuring fungal fitness and three fungal life history traits: infection success, within-host growth, sporulation capacity. Our results show the existence of G × G interactions between the two varieties Ariete and CO39 on all measured traits and fungal fitness. We also observed that these varieties have different resistance mechanisms; Ariete is good at controlling infection success of the parasite but is not able to control its growth when inside the leaf, while CO39 shows the opposite pattern. We also found that Maratelli's resistance has been eroded. Finally, correlation analyses demonstrated that not all infectious traits are positively correlated. (Résumé d'auteur

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

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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

Evolution of compatibility range in the rice-magnaporthe oryzae system: an uneven distribution of R genes between rice subspecies

BGPI : équipe 2 / 5International audienceEfficient strategies for limiting the impact of pathogens on crops require a good understanding of the factors underlying the evolution of compatibility range for the pathogens and host plants, i.e., the set of host genotypes that a particular pathogen genotype can infect and the set of pathogen genotypes that can infect a particular host genotype. Until now, little is known about the evolutionary and ecological factors driving compatibility ranges in systems implicating crop plants. We studied the evolution of host and pathogen compatibility ranges for rice blast disease, which is caused by the ascomycete Magnaporthe oryzae. We challenged 61 rice varieties from three rice subspecies with 31 strains of M. oryzae collected worldwide from all major known genetic groups. We determined the compatibility range of each plant variety and pathogen genotype and the severity of each plant pathogen interaction. Compatibility ranges differed between rice subspecies, with the most resistant subspecies selecting for pathogens with broader compatibility ranges and the least resistant subspecies selecting for pathogens with narrower compatibility ranges. These results are consistent with a nested distribution of R genes between rice subspecies