Le flétrissement bactérien causé par Ralstonia solanacearum limite la production mondiale de nombreuses cultures. La diversité génétique étendue de la bactérie a permis au cours des dernières années de concevoir le concept de complexe d'espèces de R. solanacearum (RSSC). Le séquençage génomique de plus de 30 souches représentatives de chaque groupe phylogénétique a élargi notre connaissance de l'évolution et de la spéciation du RSSC. Cela a permis d'identifier de nouvelles fonctions associées à la virulence. En outre, un grand nombre d'études ont été réalisées sur l'interaction plantes hôtes-R. solanacearum et éclairent la génétique, la biologie moléculaire et le développement de la maladie. Ces études ont documenté les stratégies d'infection qu'utilise R. solanacearum pour faire face aux défenses immunitaires des plantes. Bien que ces données qualitatives soient fondamentales pour comprendre l'infection par R. solanacearum, elles sont insuffisantes pour savoir si une plante sera infectées ou non. Cette question fondamentale nécessiteune compréhension quantitative des processus responsables de l'infection et colonisation de la plante par la populations de R. solanacearum. Ce travail a permis une étude quantitative permettant de répondre à la question suivante:"Combien d'individus de R. solanacearum entrent de la racine pour établir la base de l'infection donnant lieu a la maladie bactérienne dans la plante?" Cela nous a permis de déterminer quels facteurs contrôlent cette dynamique d'infection de R. solanacearum au sein de la plante hôte. Cette question scientifique nécessite un réexamen du cycle de vie de R. solanacearum et la caractérisation précise de l'ensemble du processus d'infection dans la plante. Sept paramètres dynamiques ont été affinés à partir de cinq étapes d'infection de R. solanacearum. Ensuite, nous avons établi un modèle mathématique de la dynamique dans l'hôte de la bactérie par l'intégration de ces paramètres. Le modèle suggère que toute la dynamique de la population influe sur la taille de la population de R. solanacearum. L'évaluation in vivo des paramètres et de leurs interactions prédit une petite taille de la population fondatrice, autour de quatre centaines de celluels bactériennes, ce qui a été confirmé par des mesures expérimentales avec une approche probabiliste. Pour comprendre les mécanismes qui restreignent la population de R. solanacearum, nous avons étudié les impacts de la virulence bactérienne, des barrières des plantes et du facteur environnemental sur la population fondatrice de l'infection. Nous avons montré que le goulot d'étranglement des infections est principalement modulé par l'agent pathogène (arsenal de virulence), l'hôte (caractéristiques physiques et immunitaires) et les conditions environnementales (température) en accord avec des études qualitatives. / Bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum limits the global production of many crops. The extensive genetic diversity of the bacterium has in recent years led to the concept of a R. solanacearum Species Complex (RSSC). Genome sequencing of over 30 representative strains of the each phylogenetic groups has broadened our knowledge of the evolution and speciation of RSSC. This enabled the identification of novel virulence-associated functions. Furthermore, a large number of studies have been carried on plants-R. solanacearum interactions and shed light on the genetics, molecular biology, and disease development. These studies have documented the infection strategies of R. solanacearum employed to cope with plant immune defenses. Although these qualitative investigations are a basis to understand the pathogenesis of R. solanacearum, they are insufficient to know whether or not plants will be diseased. These fundamental questions require a quantitative understanding of the processes responsible for the rise, dissemination and fall of the infection populations of R. solanacearum. This work pioneered the quantitative study in plant bacterial pathogens by addressing the following question: "How many R. solanacearum individuals enter from the root to establish the bacterial wilt disease in plant?" It allowed us to determine what factors control the infection dynamics of R. solanacearum within the host plant. This scientific question requires a re-examination on the life cycle of R. solanacearum and the precise characterization of the whole infection process in plant. Seven dynamical parameters were refined from five subsequent infection steps of R. solanacearum in host plant. Then, we established a mathematical model of within-host dynamics of the bacterium by the integration of these parameters. The model suggests that the whole population dynamics influences the founding population/bottleneck size of R. solanacearum. The in vivo assessment of parameters and their interactions predicted a small founding population size, around four hundred bacterial cells, which was confirmed by experimental measurements with a probabilistic approach. To understand mechanisms restricting R. solanacearum population, we further investigated impacts of bacterial virulence, plant barriers and environmental factor on the infection founding population. We showed that infection bottleneck is mainly modulated by the pathogen (virulence arsenal), the host (physical and immunity traits) and the environmental conditions (temperature).

Une connaissance approfondie de la résistance à R. solanacearum chez la tomate est nécessaire pour lutter efficacement contre le flétrissement bactérien. Les objectifs de ce travail sont d'identifier une source de résistance à la race 3, phylotype II (r3pII), de caractériser les bases génétiques de cette résistance et de les comparer à celles des souches de race 1. L. esculentum var. cerasiforme Hawaii 7996 a été identifié comme la meilleure source de résistance à une souche réunionnaise de r3pII parmi 82 génotypes de Lycopersicon sp. La cartographie des QTLs de résistance à la race 3 a été réalisée sur la descendance F3 issue de Hawaii 7996 x L. pimpinellifolium WVa700 (sensible), durant deux saisons, en étudiant différents critères (symptômes et colonisation bactérienne). Cette étude a montré la présence d'un QTL généraliste à effet majeur et de QTLs critère ou saison spécifiques. La cartographie des QTLs de résistance aux souches réunionnaises de r1pI et r3pII dans la descendance F8 et la comparaison avec d'autres études révèlent une spécificité phylotypiques des QTLs.

Dans les îles du sud-ouest de l'océan Indien (SOOI) (Comores, Maurice, Mayotte, Réunion, Rodrigues et Seychelles), le flétrissement bactérien causé par le complexe d'espèces Ralstonia solanacearum (ceRs) est une phytobactériose considérée comme l'une des plus nuisibles pour les productions vivrières ou d'exportation. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit avaient pour principal objectif l'exploration du niveau et de la distribution de la diversité génétique du ce Rs et de la structure génétique de ses populations dans le SOOI. Nous avons mené de vastes campagnes d'échantillonnage qui ont permis de constituer une large collection de 1704 isolats, principalement à partir de Solanacées (tomate, pomme de terre, piment, aubergine, poivron) et de géranium rosat. L'assignation phylogénétique des isolats a montré une très forte prévalence du phylotype I (88 %), qui est distribué dans chaque île du SOOI, tandis que les phylotypes II (9 %) et III (3 %) ne sont trouvés qu'à La Réunion. Deux souches de phylotype IV ont par ailleurs été signalées à l'île Maurice, représentant le premier rapport de ce groupe phylogénétique dans le SOOI. Une approche phylogénétique et de génotypage (MLSA/MLST) basée sur l'analyse de séquences de 6 gènes de ménage et 1 gène associé à la virulence (egl) a permis de révéler les relations génétiques entre 145 souches représentatives (diversité géographique + hôte d'isolement) du SOOI et 90 souches mondiales de référence. Le développement et l'application d'un schéma MLVA basé sur 17 séquences répétées en tandem (VNTR) sur près de 1300 souches a permis de révéler que les populations de phylotype I sont organisées en complexes clonaux dans le SOOI et que le niveau de diversité génétique est très contrasté selon les îles, Maurice présentant la plus forte diversité génétique. Un résultat majeur de cette thèse est la mise en évidence du déploiement d’une lignée génétique (sequevar I-31 ; STI-13 ; MT-035), surreprésentée dans les îles du SOOI, qui pourrait avoir été introduite via du matériel végétal contaminé depuis l'Afrique de Sud ou l’Afrique de l'Ouest. Nos études préliminaires montrent que l'haplotype majoritaire MT-035 (i) est le probable haplotype fondateur du complexe clonal le plus prévalent dans le SOOI, (ii) présente un pouvoir pathogène élevé (large gamme d'hôtes comprenant des plantes cultivées et des adventices, et forte agressivité sur Solanacées) et (iii) possède une forte aptitude à la compétition dans l'environnement via la production de bactériocines. Ces travaux permettront in fine de renforcer l'épidémiosurveillance et orienter les stratégies de lutte vis-à-vis de cet agent phytopathogène, notamment via le déploiement de cultivars résistants. / In the southwest Indian Ocean (SWIO) islands (Comoros, Mauritius, Mayotte, Réunion, Rodrigues and Seychelles), bacterial wilt caused by the Ralstonia solanacearum species complex (Rssc) is considered one of the most harmful plant disease for food crops or export. The main objective of this work presented in this manuscript was to explore the level and the distribution of the genetic diversity of Rssc and the genetic structure of its populations in SWIO. We conducted extensive sampling campaigns that resulted in a large collection of 1704 isolates, mainly from Solanaceae (tomato, potato, chilli, eggplant, pepper) and geranium rosat. The phylogenetic assignment of the isolates showed a very high prevalence of phylotype I (88 %), which is distributed in each island of the SWIO, while phylotypes II (9 %) and III (3 %) are found only in Réunion. Two phylotype IV strains have also been reported in Mauritius, representing the first report of this phylogenetic group in SWIO. A phylogenetic and genotyping approach (MLSA/MLST) based on sequence analysis of 6 housekeeping genes and 1 gene associated with virulence (egl) revealed the genetic relationships between 145 representative SWIO strains (geographic diversity + host) and 90 global reference strains. The development and application of MLVA scheme based on 17 variable number of tandem repeat sequences (VNTR) on nearly 1300 strains revealed that phylotype I populations are organized into clonal complexes in SWIO and that the level of genetic diversity is highly contrasted according to the islands, with Mauritius having the highest genetic diversity. This work highlights the deployment of a genetic lineage (Sequevar I-31, STI-13, MT-035), overrepresented in SWIO islands, which could have been introduced via contaminated plant material from South Africa or West Africa. Our preliminary studies show that the main haplotype MT-035 (i) is the probable founding haplotype of the most prevalent clonal complex in SWIO, (ii) has high pathogenicity (wide range of hosts including cultivated plants and weeds, and high aggressiveness on Solanaceae) and (iii) has a strong ability to compete in the environment via the production of bacteriocins. This work will ultimately strengthen epidemiosurveillance and guide control strategies of this plant pathogen, including the deployment of resistant cultivars.

La culture de l’aubergine est confrontée au flétrissement bactérien, maladie causée par le complexe d’espèces Ralstonia solanacearum. La résistance variétale est la méthode la plus efficace pour contrôler cette maladie. Un QTL majeur (ERs1) a précédemment été cartographié dans une population de lignées recombinantes (RIL) issue du croisement aubergine sensible (S) MM738 × aubergine résistante (R) AG91-25. Initialement, ERs1 a été détecté avec 3 souches du phylotype I, alors qu’il est contourné par la souche PSS4 de ce même phylotype. Les objectifs de cette thèse étaient (i) de préciser la position d’ERs1 et de définir son spectre d’action, (ii) d’identifier d’autres QTLs contrôlant les souches virulentes sur AG91-25, et (iii) d’introgresser certains de ces QTLs dans des cultivars S. Pour cela, 2 populations d'haploïdes doublés (HD), MM152 (R) × MM738 (S) et EG203 (R) × MM738 (S), ont été créées. La population RIL a été phénotypée avec 4 souches supplémentaires appartenant aux phylotypes I, IIA, IIB et III, tandis que les populations HD l’ont été avec les souches virulentes PSS4 et R3598. Les analyses de cartographie génétique ont confirmé l’existence d’ERs1 (renommé EBWR9), défini sa position sur le chromosome (chr) 9 et validé son contrôle spécifique de 3 souches du phylotype I. EBWR2 et EBWR14, 2 autres QTLs à large spectre, ont été détectés sur les chr 2 et 5. Les analyses QTL ont mis en évidence un système de résistance de type polygénique chez EG203. Le transfert de la résistance dans 2 cultivars locaux a été initié et a permis l’introgression d’EBWR9 et d’EBWR2. Ces résultats ouvrent des perspectives quant à la création de variétés à large spectre de résistance. / Eggplant cultivation is confronted by the bacterial wilt disease caused by the Ralstonia solanacearum species complex. Breeding resistant cultivars is the most effective strategy to control the disease but is limited by the pathogen’s extensive genetic diversity. A major QTL (ERs1) was previously mapped in a recombinant inbred lines (RIL) population from the cross of susceptible (S) MM738 × resistant (R) AG91-25 lines. ERs1 was originally found to control 3 strains from phylotype I, while being ineffective against the strain PSS4 from the same phylotype. The objectives of this thesis was to (i) clarify the position of ERs1 and define its spectrum of action, (ii) found other QTLs, promptly to control virulent strains on AG91-25 and (iii) introgress some of the QTLs into two S cultivars. For this purpose, the new doubled haploid (DH) populations MM152 (R) × MM738 (S) and EG203 (R) × MM738 (S) were created. The RIL population was phenotyped with 4 additional RSSC strains belonging to phylotypes I, IIA, IIB and III and the DH populations were phenotyped with virulent strains PSS4 and R3598. QTL mapping confirmed the existence of ERs1 (renamed EBWR9), defined its position on chromosome (chr) 9 and validated its specific control of 3 phylotype I strains. EBWR2 and EBWR14, 2 broad-spectrum resistance QTLs, were detected on chr 2 and 5. QTL analysis reveals a polygenic system of resistance in EG203. The transfer of resistance into 2 local cultivars was initiated and allowed the introgression of EBWR9 and EBWR2 QTLs through a backcross scheme. These results offer perspectives to breed broad-spectrum R cultivars.

Ralstonia solanacearum, une béta-proteobactérie d'origine tellurique, est l'une des phytobactérioses les plus nuisibles au niveau mondial. Cette bactérie est capable d'infecter plus de 250 espèces différentes dont certaines présentent un intérêt économique majeur (tomate, pomme de terre, tabac). R. solanacearum est divisée en 4 phylotypes distincts présentant des origines géographiques différentes : I (asiatique), IIA et IIB (américain), III (africain), IV (indonésien). Parmi ces phylotypes, le phylotype I est en expansion démographique, hautement recombinogène, réparti mondialement et possède une large gamme d'hôtes. Il possède donc un fort potentiel évolutif (sensu McDonald et Linde, 2002). Afin de contrôler cette bactérie, la lutte génétique reste la méthode la plus prometteuse : elle consiste à déployer des cultivars possédant différents sources de résistance (i.e., des gènes de résistance). La variété d'aubergine AG91-25 (E6) possède un gène majeur de résistance (ERs1) lui permettant de contrôler certaines souches de R. solanacearum de phylotype I. Cependant, la gestion de cette résistance requiert d'étudier au préalable sa durabilité afin d'en éviter le contournement. Cette durabilité peut être estimée en étudiant le potentiel évolutif d'un agent pathogène face à cette source de résistance, ainsi qu'en décryptant les mécanismes moléculaires de l'interaction entre l'hôte (gène R) et le pathogène (effecteur de types trois). Afin d'étudier la dynamique évolutive de R. solanacearum sous une pression de sélection exercée par la variété résistante E6, nous avons mis en place un essai d'évolution expérimentale au champ. Cet essai est composé de trois couples de microparcelles d'aubergines résistantes E6 et d'aubergines sensibles E8, implantées deux fois par an, pendant trois ans (soit 5 cycles). Un schéma MLVA (« Multi-Locus VNTR Analysis ») composé de 8 loci minisatellites a été développé afin de caractériser les souches extraites de ces cycles de cultures. Ces VNTR sont spécifiques aux souches de R. solanacearum de phylotype I, hautement polymorphes et discriminants à toutes les échelles : mondiale, régionale et locale. Nos résultats démontrent une absence de contournement de la résistance d'E6 par les populations parcellaires de R. solanacearum, confirmant le caractère durable de cette résistance. Cette variété aurait fortement réduit les populations bactériennes du sol, ne leur permettant plus d'infecter l'hôte résistant. Parallèlement, 100% des plants d'E8 sont morts à partir du cycle 2. La maladie au sein des microparcelles semble progresser selon une dynamique de « plante-à-plante ». Une baisse de la diversité génétique a aussi été observée au cours des cycles de culture répétés d'E8, associée à l'augmentation en fréquence de deux haplotypes. Cependant, aucune structuration génétique claire n'a été observée à l'échelle de la parcelle entière ou de la microparcelle. En revanche, les données d'isolement par la distance semblent indiquer qu'une structure spatiale semble être en cours d'établissement. L'ensemble de nos résultats suggère une structure épidémique clonale de nos populations parcellaires. Nous nous sommes aussi intéressés à l'implication de 10 ET3 dans l'interaction R. solanacearum vs aubergine résistante (E6). La distribution des 10 ET3 candidats est variable au sein d'une collection de souches phylogénétiquement diverses (91 souches) : ripAJ et ripE1 sont les ET3 les plus partagés alors que ripP1 et ripP2 sont les moins fréquemment. Certains ET3 présentent peu (ripAJ) voire pas (ripE1 et ripP2) de polymorphisme de taille, alors que d'autres (ripAU) sont extrêmement polymorphes. Cependant la composition en effecteurs d'une souche ne semble pas être corrélée à un phénotype sur aubergine E6. Nous avons identifié le gène d'effecteur ripAX2 comme ayant une fonction d'avirulence sur aubergine résistante E6. Sa reconnaissance par E6 semble s'opérer au niveau de la zone hypocotylaire. / Ralstonia Solanacearum is a soilborn beta-proteobacterium responsible of bacterial wilt on Solanaceaous crops. This bacterium is considered as one of the most harmful plant disease worldwide. This bacterium possesses the ability to infect more than 250 different species, including crops with major economic importance (tomato, potato, tobacco, eucalyptus…). R. solanacearum is divided into four phylotypes originated from different areas: I (Asian), IIA and IIB (American), III (African), IV (Indonesian). Among these phylotype, phylotype I is currently in demographic expansion, is highly recombinogenic and has a wide hosts range. Thus, altogether, these characteristics demonstrated that this phylotype has a high evolutionary potential (sensu McDonald and Linde, 2002). In order to control this bacterium, genetic plant resistance seems to be the most promising method. This method consists in using cultivars with different source of resistance such as resistance genes and/or resistant QTLs. The AG91-25 (E6), an eggplant cultivar possessing a major resistance gene (ERs1), is capable to control some of phylotype I strains of R. solanacearum. However, in order to optimize the management of this resistance and to avoid its fast breakdown, we need to deeply investigate the durability of this resistant gene. Durability can be estimated by studying the evolutionary potential of our pathogen faced to E6 source of resistance and by understanding the molecular mechanisms underlying the interaction between the host (R gene) and its pathogene (Type III Effector – T3E). In order to study R. solanacearum evolutionary dynamics under selective pressure from E6 resistant cultivar, we set up an experimental evolution trial in the field. This trial consisted of three couples of resistant (E6) and susceptible eggplants (E8) microplots, implanted twice a year during three years, hence consisting of 5 cycles. A Multi-Locus VNTR Analysis (MLVA) scheme, consisting of 8 minisatellite loci, was developed in order to characterize the strains extracted from these crop cycles. These VNTRs were specific to R. solanacearum phylotype I strains, they were highly polymorphic and discriminatory at different scale: globally, regionally and locally.Our results showed no breakdown of E6 resistance by R. solanacearum populations, which confirms that this resistance is durable. It seemed that this cultivar reduced the soil bacterial population, preventing bacterial population to infest the resistant host. At the same time, 100% of the E8 plants have died, starting at cycle 2. Bacterial wilt seemed to spread with a “plant-to-plant” dynamics within each microplot. Genetic diversity reduction was also observed during the successive cycle of susceptible eggplant, associated with the increase of frequency of two main haplotypes. However, we failed to identify a clear genetic structuration, neither at the plot scale nor at the microplot scale. Nevertheless, isolation-by-distance data seemed to show that a spatial structure is currently establishing. Altogether, our results suggested that our plot populations appeared to have a clonal epidemic structure.We also looked into 10 T3Es' involvement in the interaction between R. solanacearum and the resistant eggplant (E6). Their distribution was completely different within a collection of phylogenetically diverse strains (91 strains): ripAJ and ripE1 are the most shared T3Es whereas ripP1 and ripP2 were the less common T3E whithin our collection of strains. Some T3Es showed few (ripAJ) or no length polymorphism at all (ripE1 and ripP2) whereas some other (ripAU) are extremely polymorphic. Nevertheless, the T3E effector repertoire did not seemed to be correlated to a specific phenotype on E6 eggplant. Its recognition by E6 seemed to occur in the hypocotyle region rather than in the mesophyll, highlighting a possible organ-specificity of the interaction between ERs1 and ripAX2.