Wheat Stem Rust Back in Europe: Diversity, Prevalence and Impact on Host Resistance

The objective of this study was to investigate the re-emergence of a previously important crop pathogen in Europe, Puccinia graminis f.sp. tritici, causing wheat stem rust. The pathogen has been insignificant in Europe for more than 60 years, but since 2016 it has caused epidemics on both durum wheat and bread wheat in local areas in southern Europe, and additional outbreaks in Central- and West Europe. The prevalence of three distinct genotypes/races in many areas, Clade III-B (TTRTF), Clade IV-B (TKTTF) and Clade IV-F (TKKTF), suggested clonal reproduction and evolution by mutation within these. None of these genetic groups and races, which likely originated from exotic incursions, were detected in Europe prior to 2016. A fourth genetic group, Clade VIII, detected in Germany (2013), was observed in several years in Central- and East Europe. Tests of representative European wheat varieties with prevalent races revealed high level of susceptibility. In contrast, high diversity with respect to virulence and Simple Sequence Repeat (SSR) markers were detected in local populations on cereals and grasses in proximity to Berberis species in Spain and Sweden, indicating that the alternate host may return as functional component of the epidemiology of wheat stem rust in Europe. A geographically distant population from Omsk and Novosibirsk in western Siberia (Russia) also revealed high genetic diversity, but clearly different from current European populations. The presence of Sr31-virulence in multiple and highly diverse races in local populations in Spain and Siberia stress that virulence may emerge independently when large geographical areas and time spans are considered and that Sr31-virulence is not unique to Ug99. All isolates of the Spanish populations, collected from wheat, rye and grass species, were succesfully recovered on wheat, which underline the plasticity of host barriers within P. graminis. The study demonstrated successful alignment of two genotyping approaches and race phenotyping methodologies employed by different laboratories, which also allowed us to line up with previous European and international studies of wheat stem rust. Our results suggest new initiatives within disease surveillance, epidemiological research and resistance breeding to meet current and future challenges by wheat stem rust in Europe and beyond.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

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

Resistance genes introgressed into cultivated plants are frequently overcame by pathogens, causing outbreaks and economic losses. Therefore, understanding the evolutionary strategies involved in the adaptation of pathogen populations is needed to improve the sustainable management of resistance. Bremia lactucae, the lettuce downy mildew, is under strong selection pressure exerted by host resistance genes. Under this selection pressure, B. lactucae populations showed a rapid adaptation to host resistance. The study of pathogen genetic structure may help to understand the evolutionary mechanisms involved in the overcoming of resistant genes. Study of the genetic structure (neutral and potentially selected markers) of B. lactucae populations in France was conducted in order to identify the evolutionary forces involved in the adaptation of the plant pathogen and to determine the influence of selective pressure of host resistance genes on the population structure. We developed 12 microsatellites markers, to study genetic structure of B. lactucae populations in France. Over 800 isolates were collected from the most important production areas of the host plant, Lactuca sativa. These isolates were taken from different cultivars grouped according to their resistance gene combinations. Moreover, a prospection in the wild compartment allowed sampling isolates of B. lactucae on the wild host L. serriola. The polymorphism of several RxLR candidate effectors was studied in several Bremia populations. Our results showed clonality in Bremia populations but rare events of sexual reproduction are also suggested. Weak genetic differentiation between populations suggested important gene flow between populations at French regional scale. Gene flow was also found between the wild and the crop pathosystems indicating a possible role of wild host plants as genetic reservoir. Moreover, analyzing the population genetic structure suggests the presence of different clonal lineages, resulting probably from selection pressure of resistance genes. Characterizing the population structure of B. lactucae allowed to highlight the strong evolutionary potential (significant gene flow, mixed mating system, selection by resistance genes) of B. lactucae explaining its rapid adaptation to host resistance. Thus, we can suggest some management strategies of resistance genes as promoting the use of quantitative resistance and use of crop association to improve the durability of resistance.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

Evolutionary potential and adaptation of lettuce downy mildew populations, Bremia lactucae, face selection pressure of host plant, 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.Resistance genes introgressed into cultivated plants are frequently overcame by pathogens, causing outbreaks and economic losses. Therefore, understanding the evolutionary strategies involved in the adaptation of pathogen populations is needed to improve the sustainable management of resistance. Bremia lactucae, the lettuce downy mildew, is under strong selection pressure exerted by host resistance genes. Under this selection pressure, B. lactucae populations showed a rapid adaptation to host resistance. The study of pathogen genetic structure may help to understand the evolutionary mechanisms involved in the overcoming of resistant genes. Study of the genetic structure (neutral and potentially selected markers) of B. lactucae populations in France was conducted in order to identify the evolutionary forces involved in the adaptation of the plant pathogen and to determine the influence of selective pressure of host resistance genes on the population structure. We developed 12 microsatellites markers, to study genetic structure of B. lactucae populations in France. Over 800 isolates were collected from the most important production areas of the host plant, Lactuca sativa. These isolates were taken from different cultivars grouped according to their resistance gene combinations. Moreover, a prospection in the wild compartment allowed sampling isolates of B. lactucae on the wild host L. serriola. The polymorphism of several RxLR candidate effectors was studied in several Bremia populations. Our results showed clonality in Bremia populations but rare events of sexual reproduction are also suggested. Weak genetic differentiation between populations suggested important gene flow between populations at French regional scale. Gene flow was also found between the wild and the crop pathosystems indicating a possible role of wild host plants as genetic reservoir. Moreover, analyzing the population genetic structure suggests the presence of different clonal lineages, resulting probably from selection pressure of resistance genes. Characterizing the population structure of B. lactucae allowed to highlight the strong evolutionary potential (significant gene flow, mixed mating system, selection by resistance genes) of B. lactucae explaining its rapid adaptation to host resistance. Thus, we can suggest some management strategies of resistance genes as promoting the use of quantitative resistance and use of crop association to improve the durability of resistance

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.Resistance genes introgressed into cultivated plants are frequently overcame by pathogens, causing outbreaks and economic losses. Therefore, understanding the evolutionary strategies involved in the adaptation of pathogen populations is needed to improve the sustainable management of resistance. Bremia lactucae, the lettuce downy mildew, is under strong selection pressure exerted by host resistance genes. Under this selection pressure, B. lactucae populations showed a rapid adaptation to host resistance. The study of pathogen genetic structure may help to understand the evolutionary mechanisms involved in the overcoming of resistant genes. Study of the genetic structure (neutral and potentially selected markers) of B. lactucae populations in France was conducted in order to identify the evolutionary forces involved in the adaptation of the plant pathogen and to determine the influence of selective pressure of host resistance genes on the population structure. We developed 12 microsatellites markers, to study genetic structure of B. lactucae populations in France. Over 800 isolates were collected from the most important production areas of the host plant, Lactuca sativa. These isolates were taken from different cultivars grouped according to their resistance gene combinations. Moreover, a prospection in the wild compartment allowed sampling isolates of B. lactucae on the wild host L. serriola. The polymorphism of several RxLR candidate effectors was studied in several Bremia populations. Our results showed clonality in Bremia populations but rare events of sexual reproduction are also suggested. Weak genetic differentiation between populations suggested important gene flow between populations at French regional scale. Gene flow was also found between the wild and the crop pathosystems indicating a possible role of wild host plants as genetic reservoir. Moreover, analyzing the population genetic structure suggests the presence of different clonal lineages, resulting probably from selection pressure of resistance genes. Characterizing the population structure of B. lactucae allowed to highlight the strong evolutionary potential (significant gene flow, mixed mating system, selection by resistance genes) of B. lactucae explaining its rapid adaptation to host resistance. Thus, we can suggest some management strategies of resistance genes as promoting the use of quantitative resistance and use of crop association to improve the durability of resistance.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Piétin-échaudage : Une maladie racinaire en recrudescence en France

National audienc

Hamiltonian Monte Carlo reconstruction from peculiar velocities

The problem of the reconstruction of the large scale density and velocity fields from peculiar velocities surveys is addressed here within a Bayesian framework by means of Hamiltonian Monte Carlo (HMC) sampling. The HAmiltonian Monte carlo reconstruction of the Local EnvironmenT (Hamlet) algorithm is designed to reconstruct the linear large scale density and velocity fields in conjunction with the undoing of lognormal bias in the derived distances and velocities of peculiar velocities surveys such as the Cosmicflows data. The Hamlet code has been tested against Cosmicflows mock catalogs consisting of up to 30 000 data points with mock errors akin to those of the Cosmicflows-3 data, within the framework of the LCDM standard model of cosmology. The Hamlet code outperforms previous applications of Gibbs sampling MCMC reconstruction from the Cosmicflows-3 data by two to four orders of magnitude in CPU time. The gain in performance is due to the inherent higher efficiency of the HMC algorithm and due to parallel computing on GPUs rather than CPUs. This gain will enable an increase in the reconstruction of the large scale structure from the upcoming Cosmicfows-4 data and the setting of constrained initial conditions for cosmological high resolution simulations

Analyse de l'impact du changement climatique sur le risque mycotoxines sur céréales à paille : des projets d'envergure et des premiers résultats

International audienceLa production céréalière est confrontée à des situations de contamination récurrentes par des mycotoxines, majoritairement produites par des champignons du genre Fusarium. Les changements climatiques sont susceptibles d’avoir des effets non négligeables sur l’évolution de ce risque de contamination, à tel point que l’OMS en a fait un de ces enjeux prioritaires. En effet, les évènements de sècheresse récurrents, l’augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes et l’élévation des températures moyennes annuelles ne sont pas sans incidence sur l’évolution de la pression des pathogènes fongiques, leurs interactions avec la plante hôte et le microbiote environnemental, pouvant ainsi entraîner des variations des schémas d’occurrence des mycotoxines associées. Les modifications des pratiques culturales déployées pour mieux répondre aux changements climatique et aux contraintes agronomiques actuelles sont également à prendre en considération pour prendre en compte l’évolution possible du risque mycotoxines. Il est aujourd’hui indispensable de mieux évaluer, comprendre et anticiper le risque mycotoxines, sous l’influence des modifications climatiques pour assurer la qualité sécurité sanitaire des produits céréaliers, sur l’ensemble de la chaine de production. Nous vous présenterons les grands enjeux associés à cette thématique et les orientations des travaux de recherche actuels sur ce thème, soutenus par des projets récemment initiés. Ces initiatives devraient permettre à long terme de mieux maîtriser le risque mycotoxine en proposant des solutions innovantes et adaptées (variétés résistantes à la fusariose et tolérantes à la sècheresse par exemple) tout en anticipant et prédisant l’évolution possible de ce risque