La maladie de la rouille foliaire du peuplier causée par des champignons du genre Melampsora (Pucciniales, Basidiomycètes) affecte largement les peupleraies en France. Ces champignons possèdent des cycles de vie complexes et infectent deux hôtes différents. La sécrétion de molécules appelées effecteurs est nécessaire lors du processus d'infection par le champignon afin de manipuler les processus de l’hôte et de contourner son immunité. La compréhension de leur rôle est centrale en phytopathologie moléculaire. Au cours de cette thèse, l’analyse du transcriptome de Melampsora larici-populina (Mlp) au cours de son cycle sexué lors de l'infection des deux hôtes, le peuplier et le mélèze, révèle la présence d'une majorité de gènes exprimés communément chez les deux hôtes et d'une fraction exprimée spécifiquement chez chaque hôte, notamment des gènes codant des effecteurs candidats. Des cribles fonctionnels réalisés sur un répertoire d’effecteurs candidats de Mlp ont révélé deux candidats d’intérêt. L’effecteur MLP124017 interagit avec des protéines de la famille TOPLESS-RELATED PROTEINS et présente une structure similaire à des protéines NUCLEAR TRANSPORT FACTOR 2 LIKE. L'effecteur MLPCTP1 est localisé dans les chloroplastes en système hétérologue tabac et chez le peuplier. Les fonctions de ces effecteurs restent à élucider mais ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives quant à la diversité et au rôle des effecteurs chez les Pucciniales. L'analyse préliminaire du génome de M. allii-populina montre des répertoires comparables en gènes et en effecteurs candidats par rapport à Mlp ainsi qu'une expansion de la taille du génome due à l’invasion par des éléments transposables / The poplar rust disease is caused by fungi belonging to the Melampsora genus (Pucciniales, Basiodiomycota) that cause important damages in poplar plantations in France. These fungi achieve their complex life cycles on two different host plants. The secretion of molecules called effectors that alter cell processes and impair immunity are required to set a successful infection. A central theme of molecular phytopathology is to understand how these molecules function in the host cell. In this PhD thesis, the transcriptome analysis of M. larici-populina (Mlp) during its sexual cycle while infecting its two host plants, poplar and larch, revealed a majority of genes commonly expressed on both hosts and a fraction specifically expressed on each host, including genes encoding candidate effectors. Effectoromic screens developed on a panel of Mlp candidate effectors revealed two candidates of interest. The candidate effector MLP124017 interacts with proteins of the TOPLESS-RELATED PROTEINS family and presents a structure similar to NUCLEAR TRANSPORT FACTOR 2 LIKE proteins. The MLPCTP1 effector is translocated inside chloroplasts of the heterologous plant tobacco and poplar. The functions of these two effectors remain to be determined but the functional characterization initiated in this thesis opens new perspectives in term of diversity and roles of effectors in Pucciniales. The preliminary analysis of the M. allii-populina genome shows similar repertoires of genes and candidate effector genes compared with Mlp as well as an increased genome size due to transposable elements invasion

Les résistances génétiques permettent une lutte efficace contre les maladies des plantes cultivées mais sont limitées par les capacités d’évolution des bioagresseurs ciblés. Chez le piment, le fonds génétique peut améliorer la durabilité de la résistance au PVY conférée par le gène majeur pvr23. L’objectif de ma thèse était de caractériser les facteurs génétiques de l’hôte conditionnant la durabilité du gène majeur en répondant aux questions suivantes : (i) Quels sont leurs actions sur l’évolution des populations virales ? (ii) Correspondent-ils aux QTL (quantitative trait loci) de résistance partielle ? (iii) Sont-ils répandus au sein des ressources génétiques du piment ? Différentes expérimentations incluant des tests de résistances, d’évolution expérimentale et de compétition entre différents variants viraux, ont montré que les facteurs du fonds génétique augmentant la durabilité de pvr23 agissaient en : (i) diminuant la concentration virale dans la plante, (ii) en réduisant les probabilités de mutations du PVY vers le contournement du gène pvr23 et (iii) en ralentissant la sélection des variants viraux contournants. La détection de QTL et la cartographie des facteurs génétiques affectant la fréquence de contournement de pvr23 (QTL de durabilité) a mis en évidence quatre régions du génome du piment qui, par des effets additifs ou épistatiques, expliquent 70% de la variabilité phénotypique observée. La cartographie comparée montre que trois des quatre QTL de durabilité co-localisent avec des QTL affectant la résistance partielle, suggérant que les QTL de résistance partielle ont un effet pléiotropique sur la durabilité d’un gène majeur de résistance. L’étude d’une collection de 20 accessions de piment, porteuses de pvr23 ou pvr24(allèle très proche de pvr23) dans des fonds génétiques variés, a montré que les fonds génétiques favorables à la durabilité de ces allèles de résistance sont fréquents dans les ressources génétiques du piment. Ces résultats mettent en évidence que la durabilité d’un gène majeur de résistance peut-être fortement augmentée lorsqu’il est associé à des facteurs génétiques réduisant la multiplication du pathogène. De plus, la fréquence de contournement du gène majeur s’est révélée être un caractère très héritable (h²=0.87) et la détection de QTL affectant ce caractère est possible. La sélection directe pour de tels QTL est donc envisageable et ouvre de nouvelles perspectives pour préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance utilisés en sélection variétale. / Genetic resistances provide an efficient control of crop diseases but are limited by pathogen adaptation.In pepper, the durability of the pvr23 allele, conferring resistance to Potato virus Y (PVY), was demonstrated todepend on the plant genetic background. The aim of my PhD thesis was to characterize the host genetic factorsaffecting the durability of the major resistance gene pvr23 and to answer to the following question s: (i) What istheir action on the evolution of the viral population? (ii) Is there identity between the QTLs (quantitative traitloci) controlling the partial resistance and the QTLs affecting the durability of pvr23? (iii) Are these genetic factorswidespread among the genetic resources of pepper? Various experiments including resistance testing,experimental evolution and competition between various PVY variants, enabled to show that the genetic factorsaffecting the durability of pvr23 acted in: (i) decreasing the viral accumulation, (ii) decreasing the probability ofacquisition of resistance breaking (RB) mutations by PVY and (iii) slowing down the selection of RB variants. QTLdetection and mapping of genetic factors affecting the frequency of pvr23 RB showed that four loci actingadditively and in epistatic interactions explained together 70% of the variance of pvr23 breakdown frequency.Comparative mapping between these QTLs and QTLs affecting partial resistance showed that three of the fourQTLs controlling the frequency of pvr23 RB are also involved in quantitative resistance, suggesting that QTLs forquantitative resistance have a pleiotropic effect on the durability of the major resistance gene. Analysis of acollection of 20 pepper accessions, carrying pvr23 or pvr24 (allele closely related to pvr23) in various geneticbackgrounds, showed that genetic backgrounds favorable to the durability of the pvr2-mediated resistance arewidespread in the genetic resources of pepper. These results highlight that the durability of a major resistancegene can be strongly increased when associated with genetic factors decreasing the pathogen multiplication.Moreover, the frequency of a major gene RB is a highly heritable trait and QTLs detection for this trait isachievable. The direct selection for such QTLs opens new prospects to preserve the durability of major resistancegenes used by breeders.

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche. / Agronomic practices modify crop architecture in ways that may facilitate or hamper disease development. The processes involved are complex and mechanistic models simulating plant-pathogen interaction should help clarifying them. Virtual Plants, i.e. models in which the three-dimensional structure of the plant is explicitly described, appear specially promising to express the effects of the plant architecture on the epidemic development. The objective of this study is to examine the ability to simulate the effect of plant architecture on disease development using a Virtual Plant model.The work focuses on the pathosystem wheat-Septoria tritici, in which architecture plays an important role because spores of Septoria are propagated from infected leaves to upper healthy leaves by rain splash. We build on a pre-existing model of Septoria epidemics, Septo3D. Wheat architecture was examined for a range of sowing date and density treatments. Differences of phyllochron between treatments were in a range sufficient to likely modify epidemic development; they were well represented by a descriptive model depending on photoperiod and final leaf number. A detailed description of architectural variables at the organ and canopy scale provided an original and comprehensive documentation of the plastic response of wheat, which was used for parameterising the wheat description in Septo3D. Overall, the investigated treatments resulted in strong differences in the time course of vegetation density. Septoria dynamics were monitored in a subset of three treatments of contrasted densities. Simulated disease kinetics were consistent with field measurements. Although, the approach needs further validation, results support that virtual plant modelling provides new insights into the processes and plant traits that impact epidemics. We conclude with prospects for further improvements and applications.