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The presence of stem nematodes (Ditylenchus spp.) is a principle reason for rejecting faba bean seed for further cultivation and processing for human consumption. In the UK, annual faba bean yield losses due to the stem nematodes are estimated at between £400k and £4m per annum. A further estimated £6.25m is lost to the industry over 5 years due to the withdrawal of infested land from faba bean cultivation. Since chemical nematicides are not available and crop rotation is impractical due to the polyphagy of stem nematodes, only plant resistance offers a cost-effective and environmentally benign means of control. The present study investigates the species status of stem nematodes on faba bean in the UK in order to evaluate the level of resistance in both commercial cultivars and previously identified resistant sources of faba bean. For the first time this study has shown that D. gigas n. sp. is the predominant stem nematode species in the UK faba bean. Development of various screening methodologies has led to the efficient selection for stem nematode resistance in faba bean germplasm. Increased susceptibility was observed in spring sown genotypes, as shown by high reproduction of stem nematode, greater stem swellings and lesions. It has been demonstrated that virulence of D. gigas n. sp. increased with repeated reproduction on the susceptible genotype. Conclusively environmental conditions are shown to influence stem nematodes incidence in faba bean seeds. Increased stem nematode infestation within seeds was more pronounced in cool and humid years. This work established the differences in gene structure of endo-β-1,4-glucanases in D. gigas n. sp. and D. dipsaci sensu stricto, which are known to be a cell-wall degrading genes. Complex host-pathogen interactions have been shown by increased relative expression of dg-eng gene in planta of susceptible and resistant genotype. In continuation from this project the selected faba bean genotypes are being used in developing new cultivars with resistance to D. gigas n. sp. Understanding of the stem nematode parasitism process in relation to the development of novel approaches for control of stem nematodes is discussed.

Chez le pois (Pisum sativum L.) la tolérance au gel est contrôlée par un nombre relativement restreint de loci quantitatifs (QTL, Quantitative Trait loci) mis en évidence par analyse de liaison dans des populations biparentales de cartographie. Le développement récent de SNP en grand nombre et d'outils de génotypage à haut débit offre la possibilité d’approfondir les études du déterminisme génétique responsables de la variation phénotypique du caractère d’intérêt. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le déterminisme génétique de la tolérance au gel chez le pois par deux approches de génétique quantitative à savoir la cartographie de QTL par analyse de liaison, et la génétique d'association ou GWAS (Genome Wide Association Study). Une re-détection de QTL de tolérance au gel a été réalisée sur un sous-ensemble de 76 lignées recombinantes (RILs, Recombinant Inbred Lines) issues de la population Champagne x Térèse (Pop2,164 RILs) avec 6486 marqueurs. L’analyse a permis de préciser l'intervalle de confiance des QTL détectés précédemment et d’identifier des marqueurs utilisables pour la cartographie fine. Une cartographie fine de l’un des principaux QTL préalablement identifié (WFD6.1), a été réalisée en utilisant un matériel quasi-isogénique (NILs, Near Isogenic Lines) à ce QTL, dont la création par rétrocroisements assistés par marqueurs avait été préalablement initiée. Les NILs étudiées ont montré un faible taux de recombinaison au niveau du locus ciblé, ce qui a réduit la résolution de la cartographie fine. En parallèle, une analyse de génétique d’association, à partir d’une collection de 365 accessions de pois génotypés avec 11366 marqueurs SNP, a permis d’identifier 62 marqueurs en association significative avec la tolérance au gel. Ces résultats ont confirmé 3 QTL déjà détectés par analyse de liaison, dans de multiples environnements, sur les groupes de liaison (LG, Linkage Groups) III, V et VI. Ils ont également permis d'identifier un nouveau locus sur le LG II et deux loci sur les LGs I et VII, qui n'avaient auparavant été détectés que dans un seul environnement. De plus, nous avons identifié des haplotypes favorables à la tolérance au gel ainsi que les accessions représentatives de ces haplotypes. L’annotation des marqueurs candidats a permis d’identifier 50 gènes sous-jacents aux loci détectés par GWAS et ceux qui sont en déséquilibre de liaison fort (DL (r2) > 0.8) avec les marqueurs significatifs en GWAS. Parmi ces gènes, un CBF (C-repeat Binding Factor), situé sur le groupe de liaison VI au niveau du QTL WFD6.1 a été identifié. En nous basant sur la synténie avec Medicago truncatula, nous avons émis l’hypothèse qu’il existerait un cluster de gènes CBF à cet endroit. Par conséquent, nous avons construit deux banques BAC (Bacterial Artificial Chromosome) à partir de l'ADN de Champagne et Térèse qui présentent des niveaux contrastés de tolérance au gel. Ces banques ont été criblées par des marqueurs dessinés sur les séquences des gènes CBF repérées dans le génome de référence Caméor. Les clones BAC porteurs des marqueurs cibles ont été ensuite séquencées par la technologie de séquençage PacBio®. La caractérisation des séquences obtenues fait partie des perspectives de ce travail. / In pea (Pisum sativum L.), frost tolerance is controlled by a relatively small number of Quantitative Trait Loci (QTLs) identified by linkage analyses studies within biparental mapping populations. The recent discovery of high numbers of SNP and the development of high throughput genotyping tools offers the opportunity to further study the genetic determinism responsible for the phenotypic variation of the targeted trait. During this thesis, we investigated the genetic determinism of frost tolerance in pea by two quantitative genetic approaches namely linkage analysis QTL mapping and Genome Wide Association Study (GWAS). A re-detection of frost tolerance QTLs was performed on a subset of 76 recombinant inbred lines extracted from the Champagne x Térèse population (Pop2, 164 RILs) and genotyped with 6486 markers. The analyses allowed to refine the confidence intervals of previously detected QTLs and to identify markers to be used in a fine mapping approach. Fine mapping of one of the formerly identified QTLs (WFD6.1) has been carried out using NILs (Near Isogenic Lines) for the targeted QTL, which creation by marker-assisted backcrossing has previously been initiated. Studied NILs showed a low rate of recombination at the targeted locus, which reduced the resolution of fine mapping. Parallely, a genome wide association mapping, performed within a collection of 365 pea accessions genotyped with 11366 SNP markers, revealed 62 markers in significant association with frost tolerance. Results confirmed 3 QTLs already detected by linkage analyses studies on linkage groups (LGs) III, V and VI, in multiple environmental conditions. They also allowed to identify a new locus on LG II and two loci on LGs I and VII, which have formerly been detected in only one environment. In addition, GWAS allowed to identify favourable haplotypes for frost tolerance and representative accessions carrying these haplotypes. Annotation of candidate markers identified 50 genes underlying the GWAS-detected loci and markers in high linkage disequilibrium (LD (r2) > 0.8) with associated markers. Among these genes, a particular interest for a CBF gene (C-repeat binding factor), located on the linking group VI at a position corresponding to the WFD6.1 QTL, was mentioned. On the basis of the syntenic relationship with Medicago truncatula, we hypothesized the presence of a cluster of CBF genes at this position. Therefore, we constructed two BAC (Bacterial Artificial Chromosome) libraries from the DNA of Champagne and Térèse, characterized by contrasted levels of frost tolerance. These libraries were screened by markers designed from the sequences of the CBF genes identified from the reference genome of Caméor. BAC clones carrying targeted markers were then sequenced by the PacBio® sequencing technology. Further characterization of the obtained sequences obtained is part of the perspectives of this work.