Melampsora larici-Populina est un champignon biotrophe qui infecte le peuplier et cause la maladie de la rouille foliaire, entraînant d'importants dégâts dans les peupleraies. Un des objectifs de l'UMR Interactions Arbres/Microorganismes est de caractériser les déterminants moléculaires de ce pathosystème. Au cours de cette thèse, des approches post-Génomiques ont permis de mener à bien quatre projets de recherche. Premièrement, l'analyse du transcriptome des temps précoces de l'interaction peuplier/M. larici-Populina a révélé un transporteur de sulfate de peuplier fortement induit par l'infection (chapitre II). Deuxièmement, l'analyse phylogénomique de la famille des thaumatin-Like proteins (TLP) a entre autres mis en évidence certains clades spécifiquement associés aux réponses aux stress chez le peuplier (chapitre III). Troisièmement, le gène codant la petite protéine sécrétée Risp de fonction inconnue est fortement induit lors des réponses de défense du peuplier et n'a pas d'homologue chez les autres plantes. La protéine recombinante est intrinsèquement désordonnée et présente une double activité de protéine antifongique envers M. larici-Populina et d'éliciteur endogène des réponses de défense chez le peuplier (chapitre IV et V). La combinaison de ces deux propriétés n'a jamais été rapportée chez une protéine de plante. Enfin, les gènes MlpP4.1 et MlpH1.1 de M. larici-Populina codent des petites protéines sécrétées riches en cystéines et de fonction inconnue, considérées comme des effecteurs candidats (chapitre VI). L'expression de MlpP4.1 et MlpH1.1 est très fortement induite lors de l'infection des feuilles de peupliers et des activités de virulence ont été observées chez Arabidopsis thaliana. Les analyses biochimique et structurale des protéines recombinantes sont en cours et ont déjà permis de démontrer la forte stabilité de MlpP4.1, probablement liée à la présence de plusieurs ponts disulfures. A l'aide des protéines recombinantes, plusieurs partenaires protéiques ont été identifiés chez les plantes permettant d'établir des hypothèses quant à leur rôle / Melampsora larici-Populina is a biotrophic fungus that infects poplar and causes the foliar rust disease, leading to severe damages in plantations. A major aim of the Tree- Microbe Interactions department is to characterize molecular determinants of the pathosystem. During this thesis, four research projects were achieved through post-Genomic approaches. First, transcriptome analysis of the early interaction between poplar and M. larici-Populina revealed a fungal-Induced host sulfate transporter (chapter II). Secondly, the phylogenomic analysis of the thaumatin-Like protein (TLP) family uncovered some clades specifically associated with stress responses in poplar (chapterIII). Thirdly, the gene encoding the small secreted protein of unknown function Risp is strongly induced during poplar defense reponses and has no homolog in other plants. The recombinant protein is intrinsically disordered and presents a dual activity as an antifungal protein against M. larici-Populina and as an endogenous elicitor of defense responses in poplar (chapter IV and V). The combination of both properties in a single protein has never been reported in plants. Finally, M. larici-Populina MlpP4.1 and MlpH1.1 genes encode cysteine-Rich small-Secreted proteins of unknown fonction, considered as candidate effectors (chapter VI). MlpP4.1 and MlpH1.1 expression is strongly induced during poplar leaf colonization, and virulence activities were observed in Arabidopsis thaliana. Biochemical and structural analyses of recombinant proteins are ongoing and already revealed the strong stability of MlpP4.1, likely due to the presence of several disulfide bridges. Several plant partners of the recombinant proteins were identified and have allowed for setting hypotheses about their role

Le bois représente une des ressources en polymères les plus abondantes de l’écosystème terrestre. Les champignons dégradant la matière lignocellulosique jouent un rôle important dans le cycle du carbone. Ils présentent un fort intérêt au niveau biotechnologique en particulier pour la production d’enzymes. Parmi les champignons saprophytes, ceux de la classe des Agaricomycota sont particulièrement intéressants puisqu’ils possèdent la capacité de dégrader les différents composés du bois : cellulose, hémicelloloses et lignine. De plus, ces champignons ont développé un système de détoxication impliquant des enzymes telles que les glutathion transférases (GST). Celles-ci sont impliquées dans la dégradation de composés potentiellement toxiques générés lors de la dégradation du bois mais également la dégradation de xénobiotiques. L’étude des systèmes extracellulaires et intracellulaires de Trametes versicolor impliqués dans les processus de décomposition du bois, décrite dans ce manuscrit, avait pour objectif d’identifier les facteurs moléculaires impliqués dans l’adaptation des champignons à leur environnement. Les approches pluridiciplinaires mises en œuvre lors de cette thèse ont permis d’identifier une variabilité phénotypique intraspécifique chez une dizaine de souches de T. versicolor, cette variabilité semblant être liée à la nature de l’essence ligneuse d’origine de ces souches. De plus, les travaux réalisés sur les GSTs apparteant aux classes oméga et GHR ont contribué à améliorer nos connaissances sur l’implication de cette famille multigénique dans l’adaptation des champignons xylophages à leur mode de vie / Wood is one of the most abundant polymer resources of the Earth’s ecosystem. Wood decaying fungi play an important role in the carbon cycle. They have a strong interest in biotechnology level in particular for the production of enzymes. Among the saprophytic fungi, those of the class of agaricomycota are particularly studied since they possess the ability to degrade varous compounds from wood : cellulose, hemicelluloses dand lignin. In addition, these fungi have developed a detoxification system involving enzymes such as glutathione transferases (GST). These latter are involved in degradation of wood but also in the degradation of xenobiotics. In this manuscript, the study of extracellular and intracellular system from Trametes versicolor, involved in wood decay process is described, the main goal being to identify the molecular factors involved in adaptation of the to their environment. Multidisciplinary approaches used in this PhD led to identification of an intraspecific phenotypic variability among ten strains of T. versicolor, this variability appearing to be related to the tree species where these strains have been isolated. Moreover, the work done on GSTs belonging to GHR and omega classes have improved our knowledge of the involvement of this gene family in adaptating the wood decayers to thrit lifestyle

L’adaptation d’un champignon pathogène à son milieu, ainsi que l’évolution et la structuration des populations qui en découlent, sont fortement influencés par ses traits d’histoire de vie qui conditionnent sa fitness. C’est ce que nous avons illustré chez Melampsora larici-populina, l’agent de la rouille du peuplier. Ainsi, nous avons mis en évidence que le volume des spores du champignon évolue de manière répétable au cours des épidémies annuelles dans la vallée de la Durance, et ce sous l’effet de la sélection naturelle, signe que ce trait intervient directement dans le processus adaptatif du champignon. Par conséquent, les contraintes génétiques conditionnant le potentiel adaptatif du champignon en lien avec les traits d’histoire de vie ont été étudiées en laboratoire, au sein d’une descendance S1 issue de l’autofécondation d’une souche de référence. Les résultats obtenus suggèrent que M. larici-populina présente un potentiel adaptatif élevé. Enfin, une carte génétique à haute résolution du champignon, comprenant 18 chromosomes, a été construite afin d’étudier le déterminisme génétique de ces traits d'histoire de vie. Un locus de virulence ainsi que des QTL intervenant dans l’expression de la taille des lésions ont pu être détectés et positionnés avec précision sur cette carte. Ce travail a mis en évidence le rôle des traits quantitatifs dans l’adaptation et la structuration des populations de M. larici-populina en réponse aux pressions de sélection du milieu, en lui conférant un potentiel adaptatif élevée, essence de l’adaptation des organismes. Il ouvre également de nombreuses perspectives de recherche visant à identifier les bases génétiques de l’adaptation de ce champignon pathogène à son hôte, éléments indispensables à l’élaboration de stratégies de lutte durables / Adaptation of a phytopathogenic fungus to its environment, as well as the resulting evolution and structuration of its populations, are strongly influenced by its life history traits which condition its fitness. This is illustrated here with the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. Hence, we showed that spore volume repeatedly evolved through natural selection, during annual epidemics in the Durance River valley, showing the implication of this trait in the fungus adaptive processes. Consequently, genetic constraints conditioning the adaptive potential of the fungus, in connection with life history traits, were studied in laboratory, over a progeny resulting from a selfing of a reference strain. Results suggest that M. larici-populina has a high adaptive potential. Finally, a high resolution genetic map of the fungus, comprising 18 chromosomes, has been built in order to study genetic determinism of these traits. One locus of virulence and three QTL involved in the expression of the lesion size were detected and accurately mapped on this map. This work emphasizes the role of quantitative traits in adaptation and structuration of M. larici-populina populations in response to the environmental selective pressures, by conferring an adaptive potential, the basis of organisms’ adaptation. It also opens many opportunities to identify the genetic bases of adaptation of this fungus, these elements being essential for the development of sustainable strategies of disease control