Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2001. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2001. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2001. / Includes bibliographical references.

Thesis (doctoral)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2000.

Thèse doctorat : Biologie Végétale et Forestière : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les espèces fongiques du genre Melampsora sont responsables de la rouille du peuplier, maladie importante en populiculture. La définition et la reconnaissance de ces espèces sont essentielles pour assurer des prises de décision rapides et efficaces en cas d’introduction ou de propagation de ces pathogènes. Tout d’abord, cette thèse fait le bilan de 170 ans de descriptions taxonomiques pour les espèces du genre Melampsora identifiées sur peuplier. L’analyse des publications scientifiques met en évidence le problème de la définition du terme ‘espèce’ au sein du genre Melampsora ainsi que les difficultés de reconnaissance pour les espèces et formes spéciales définies avec des critères taxonomiques traditionnels. Ensuite, le potentiel de 14 gènes mitochondriaux est évalué pour leur utilisation en tant que code-barres génétique, un outil de taxonomie moléculaire utilisé pour différencier les espèces. Seulement 3 des 14 gènes étudiés in silico présentent toutes les caractéristiques d’un code-barres génétique idéal. Évalués in vivo, aucun gène mitochondrial n’apparait meilleur que les loci ribosomaux déjà utilisés en taxonomie moléculaire pour le règne fongique. Puis, l’étude par code-barres génétique des différentes espèces du genre Melampsora identifiées sur les peupliers de la section Populus confirme ces résultats. Le locus ribosomique correspondant à l’espaceur interne transcrit (ITS) apparait comme le code-barres génétique le plus performant pour différencier les espèces et formes spéciales du complexe Melampsora populnea. De plus, cette étude a permis de révèler la distance génétique existante entre différentes espèces jusqu’à maintenant considérées comme synonymes, ainsi que de nombreuses erreurs d’identification au sein des herbiers nationaux canadiens. Ces résultats soulignent la nécessité d’une approche moléculaire, complémentaire à la taxonomie actuelle, pour permettre une définition plus robuste des espèces fongiques responsables de la rouille du peuplier. Enfin, l’étude de concordance généalogique de 4 régions génétiques indépendantes (ADN ribosomique, ADN mitochondrial et 2 gènes nucléaires codants) permet de définir les barrières existantes entre ces espèces au niveau phylogénétique. Les résultats de cette étude indiquent une probable coévolution entre les espèces du genre Melampsora et leur hôte écidien confirmant l’importance de l’identité de cet hôte dans la délimitation naturelle des espèces responsables de la rouille du peuplier. / Poplar rust species, belonging to the genus Melampsora, are considered the most important poplar disease. In case of introduction and/or propagation of these pathogens, species definition and recognition are critical steps in determining rapid and efficient management options. First, this thesis work reviewed 170 years of taxonomical descriptions for Melampsora species identified on poplar. This analysis of peer-reviewed publications showed uncertainties in the Melampsora species concept and difficulties in species and formae speciales recognition using traditional taxonomical criteria. Despite the development of molecular tools, recognition at the species level and evolutionary relationships among poplar Melampsora taxa remain obscure. Thus, 14 mitochondrial genes were evaluated as potential DNA barcodes, a recent popular molecular taxonomic tool proposed to identify species. Assessed in silico, only 3 out of the 14 genes showed all characteristics for an optimal DNA barcode. Moreover, biological validation indicated that no single mitochondrial gene gave a better taxonomic resolution than ribosomal loci, regions already widely used in fungal molecular taxonomy. A molecular approach, applied to Melampsora species identified on poplars from the botanical section Populus, confirms these previous results. A DNA barcode obtained from the ribosomal internal transcribed spacer (ITS) sequence provided the most accurate results for identifying and resolving taxa among Melampsora populnea, a taxonomical challenging species complex found on white poplars. Moreover, this DNA barcode approach provided evidence for genetic distance between two different species considered as synonymous and highlighted species misidentifications in specimens from Canadian national herbaria. These results confirmed the need for a molecular approach, in complement to previous taxonomical descriptions, to achieve a robust species definition among the poplar rusts. Finally, phylogenetic species boundaries were defined using genealogical concordance of four independent gene regions (ribosomal DNA, mitochondrial DNA, and 2 nuclear coding genes). The phylogenetic relationships revealed a potential co-evolution between Melampsora species and their alternate host (aecial host) and confirmed the importance of this criterion in natural poplar rust species delineation.

Les rouilles des feuilles du peuplier appartenant au genre Melampsora sont considérées comme la maladie la plus importante du peuplier au niveau mondial. Lors de l’infection, les espèces appartenant au genre Melampsora sécrètent une panoplie de protéines effectrices afin de reprogrammer leur hôte dans un état de susceptibilité. Par contre, la reconnaissance par le système immunitaire végétal de certaines protéines effectrices, dites protéines d’avirulence, induit la réponse d’hypersensibilité, une forme de mort cellulaire programmée. Selon les modèles courants de coévolution entre un agent pathogène et son hôte, certains de ces effecteurs, en particulier ceux arborant une fonction d’avirulence, devraient présenter des signatures moléculaires témoignant d’une évolution accélérée. Dans cette thèse, les caractéristiques décrites ci-dessus ont été utilisées afin d’identifier des protéines impliquées au niveau de la pathogénicité des rouilles des feuilles du peuplier, visant comme objectif spécifique l’identification d’effecteurs potentiels. La première partie de cette thèse rapporte le développement d’une approche à multiple facettes afin de tirer profit des banques d’EST déjà disponibles, qui inclut la prédiction de protéines sécrétées à l’aide d’outils informatiques, la génomique comparative à des niveaux tant intra- qu’inter-spécifiques, ainsi que des tests de sélection positive. Il s’est avéré que les protéines sécrétées semblent soumises de façon plus importante à une évolution accélérée, et que la plupart de ces protéines sous pression de sélection positive possède un contenu riche en résidus Cys et sans similarité de séquence dans les banques de données internationales. La seconde partie de cette thèse présente les résultats d’un effort concerté visant la caractérisation du sécrétome entier de M. larici-populina en utilisant une annotation experte, la recherche de gènes sous pression de sélection positive, et différentes approches d’analyse des transcrits. Une portion élevée du sécrétome s’est avérée sous pression de sélection positive, et les caractéristiques énumérées ci-haut ont été observées de nouveau (protéines riches en Cys sans similarité de séquence). Parmi ces protéines, la majorité de celles possédant des évidences d’expression se sont avérées être exprimées spécifiquement in planta, avec une concentration dans la portion C-terminale des sites sous pression de sélection positive. L’immunolocalisation de certains candidats a permis de détecter la présence de ces protéines au niveau de l’haustorium, une première étape vers la caractérisation fonctionnelle de ces candidats. / Poplar leaf rusts belonging to the genus Melampsora are considered as the world’s most important disease of poplars. During infection, Melampsora species secrete a diverse set of effector proteins that aim to reprogram the host into a susceptible state. However, recognition of particular effector proteins by the plant immune system, so-called avirulence proteins, leads to induction of the hypersensitve response, a form of programmed cell death. Based on prevalent models of plant–pathogen coevolution, some of these effectors, notably those with avirulence functions, are predicted to exhibit molecular signatures of accelerated evolution. In this thesis, features described above were used to identify the pathogenicity determinants of poplar leaf rusts with the specific aim of identifying candidate effector proteins. The first part of this thesis includes the development of a multifaceted approach to take advantage of available EST libraries, and included computational prediction of secreted proteins, intra- and interspecific comparative genomics, and testing for the presence of positive selection. Accelerated evolution was found to act more importantly on secreted proteins, and most of those proteins under positive selection were shown to harbour a high number of Cys residues and to share no homology in international databases. The second part of this thesis presents the results of a collaborative effort to characterize the entire secretome of M. larici-populina using expert annotation, screening for positive selection, and transcript profiling approaches. A significant part of the secretome was found to be under positive selection, and commonalities described before were observed again (Cys-rich proteins with no homology in international databases). Most of those with transcript evidence were found to be specifically expressed in planta, and positively selected sites were concentrated in the C-terminal region, consistent with an effector function. As a first step toward a functional characterization, immunolocalization of selected candidates has revealed specific labeling of some proteins in the haustoria periphery.

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

La structure génétique et la dynamique des populations des champignons phytopathogènes peuvent être influencées par de nombreux facteurs, ce que nous avons illustré à différentes échelles chez Melampsora larici-populina, l'agent de la rouille du peuplier. A l'échelle de la France, deux principaux groupes génétiques se différencient. Le premier, inféodé aux hôtes sauvages, est le produit de l'évolution des populations en conditions naturelles. Le second, formé suite au contournement de la résistance R7 portée par le cultivar "Beaupré", se caractérise par une forte proportion d"individus virulents 7 et présente des signatures de sélection et d'expansion démographique, témoins de l'invasion de ce groupe sur tous les peupliers (y compris sauvages) de la moitié nord de la France. A une échelle plus restreinte, nous avons examiné une zone de contact située dans les Alpes, où la délimitation entre les groupes « cultivé » et « sauvage » était la plus marquée. En testant l'effet du paysage, nous avons montré que le massif des Ecrins protégeait le groupe « sauvage » situé à l'est, en amont de la vallée de la Durance, de l'invasion des individus au profil « cultivé » venant du nord-ouest. Il n'en est pas de même dans la partie aval de cette vallée, colonisée annuellement par une vague épidémique, issue de ces deux groupes génétiques présents en amont de part et d'autre du Massif des Ecrins. En dernier lieu nous avons examiné les conséquences génétiques des évènements de colonisation, qui se traduisent par une augmentation de la différenciation par rapport à la source de l'épidémie ainsi qu'une érosion de la diversité génétique. Ce travail original a permis de souligner l'importance de combiner les approches d'épidémiologie et de génétique des populations pour caractériser au mieux les processus démographiques et leurs conséquences génétiques / Many factors can impact the genetic structures and population dynamics of fungal plant pathogens. Here we illustrated some of them at different spatial scales for the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. At the scale of France, two main genetic groups were found. The first one infects only wild hosts and results from natural evolution of rust populations. The second one was formed after the R7 resistance breakdown, which is carried by the cultivar ?Beaupré?. This group exhibited a high proportion of virulent 7 individuals and presented signs of selection and demographic expansion; these signs indicate the recent invasion of individuals from this group on both wild and cultivated poplars in the northern half of France. At a regional scale, we focused on a contact zone between the ?cultivated? and the ?wild? genetic groups, located in the Alps. Upstream the Durance River valley, the influence of landscape has been highlighted by the effect of the Ecrins range which protects the ?wild? group located on the east side from the invasion of individuals from the ?cultivated? group, which arise from the northwest. Downstream the valley the annual epidemic wave was shown to be composed of admixed individuals from ?wild? and ?cultivated? groups, originating from both sides of the Ecrins range. Lastly we assessed the genetic consequences of the colonization wave. We evidenced a gradual increase of genetic differentiation with the epidemic source and a loss of genetic diversity. This work highlights the need of combining population genetics and epidemiology to characterize demographic processes and their genetic consequences

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 61-87. Publié aussi en version électronique.