Les problèmes phytosanitaires causés par les nématodes ont un impact mondial énorme au niveau économique, car ils s'attaquent aussi bien aux grandes cultures qu'aux cultures maraîchères, florales ou fruitières. Spécialiste de la culture de la pomme de terre, le nématode doré (Globodera rostochiensis) est un phytoparasite de quarantaine reconnu internationalement. Originaire d'Amérique du Sud et probablement introduit en Europe dans les années 1850, plusieurs hypothèses stipulent qu'il aurait été propagé par la suite à travers le monde à partir de ce deuxième centre d'exportation. Il a été découvert récemment au Québec en 2006 dans la région de St-Amable et dans quatre zones satellites. Ces sites infestés sont maintenant régis par de strictes réglementations de quarantaine afin d'éviter d'éventuelles introductions. Vu leur récente découverte au Québec, les nouvelles populations du nématode doré n'ont été le sujet que de très peu d'études génétiques. En conséquence, un manque de connaissances subsiste sur la structure et la diversité génétique de ces populations. Les marqueurs microsatellites ont déjà servi à déterminer la diversité et les liens génétiques entre diverses populations chez une autre espèce de nématode très proche génétiquement, le nématode à kyste pâle. Mes travaux de recherche visaient donc principalement à développer de nouveaux marqueurs microsatellites chez le nématode doré afin de génotyper diverses populations mondiales et de caractériser des liens génétiques entre elles. Douze nouveaux marqueurs microsatellites ont donc été développés afin de répondre à ces objectifs. Ils ont été employés pour le génotypage de quinze populations d'origines diverses, dont deux en provenance du Québec. À l'intérieur des populations, la plus grande diversité génétique a logiquement été observée chez les populations boliviennes, la région d'origine du nématode doré. Les deux populations québécoises se sont avérées très similaires entre elles, mais, de façon très surprenante, étaient sensiblement différentes à trois autres populations nord-américaines, celles de New York et de Colombie-Britannique. Elles se sont en fait révélées génétiquement plus proches de la population de Terre-Neuve et des populations européennes, et plus particulièrement d'une population écossaise. Selon les résultats, un minimum de deux introductions de nématode doré d'origines différentes aurait eu lieu en Amérique du Nord. Les nématodes à kyste de la pomme de terre éclosent suite à des stimulus contenus dans 1'exsudat racinaire de la plante hôte. Le deuxième objectif de mon étude était de standardiser la récolte et la conservation d'exsudat racinaire de pomme de terre pour des tests d'éclosion en laboratoire. Une dégradation de la qualité de l'exsudat racinaire a été détectée suite à sa conservation. Puisque celle-ci a été discernée à partir d'un mois chez l'un des deux réplicats, il est conseillé d'utiliser un exsudat récolté frais pour des tests d'éclosion en laboratoire. L'évaluation et la compréhension des liens génétiques unissant les populations mondiales du nématode doré permettent de mieux comprendre sa dispersion et d'éviter, dans le futur, de nouvelles introductions. Également, ces connaissances peuvent être appliquées dans les modes de contrôle de cette espèce en choisissant des méthodes de lutte adaptées aux populations. L'étude de la récolte et de la conservation d'exsudat racinaire permettra également dans de futures études d'obtenir des résultats plus fiables en ayant un exsudat standardisé.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 septembre 2023) / Le nématode à kyste du soja (NKS - Heterodera glycines) est l'agent pathogène le plus important sur le plan économique affectant les cultures de soja (Glycine max (L.) Merr) et entraîne des réductions significatives du rendement à l'échelle mondiale. Actuellement, la principale méthode de gestion de ce parasite racinaire consiste à utiliser la résistance naturelle de l'hôte. Deux sources de résistance génétique sont couramment employées pour atténuer ces pertes : les introductions de plantes de soja (PI) 548402 (Peking) et PI 88788. Cependant, en Amérique du Nord, plus de 95 % des variétés de soja résistantes tirent leur résistance de PI 88788. Bien que toujours efficace, un usage prolongé et soutenu de ces sources génétiques a conduit à l'émergence de virulence au sein de populations de NKS, avec certaines sous-populations désormais en mesure de surmonter la résistance de l'hôte. Le soya étant appelé à devenir l'une des cultures les plus importantes sur le plan économique au Québec et au Canada, comprendre comment le NKS surmonte la résistance est crucial. Pour mieux définir la base génétique de la virulence, une analyse transcriptomique comparative a été menée à l'échelle de l'individu permettant d'établir le profil d'expression de nématode unique. Le séquençage de multiples femelles, phénotypiquement sélectionnées sur la base de leur virulence, a permis d'établir un répertoire de gènes exprimés 16 jours après l'infection sur les lignées de soya résistantes Peking et PI 88788 et la lignée sensible Essex. En contrastant ces profils d'expression, nous avons constaté des variations dans les gènes effecteurs des nématodes se développant sur ces trois lignées, suggérant des stratégies distinctes pour contourner les différents types de résistance. Une analyse plus approfondie des gènes exprimés dans les nématodes virulents se développant sur Peking a révélé un large éventail de polymorphismes de séquence et d'utilisation différentielle des exons qui n'ont pas été observés dans les autres groupes de nématodes testés. S'appuyant sur la découverte d'épissage alternatif probable au niveau de gènes effecteurs, un transcriptome de novo a été généré à l'aide de longues lectures de séquences obtenues à partir de nématodes uniques. Cette analyse visait à évaluer la présence et l'étendue de l'épissage alternatif dans les gènes effecteurs et globalement à travers l'ensemble du transcriptome. En comparant le profil d'expression des transcrits identifiés dans cette analyse, entre des femelles virulentes contre PI 88788 et des femelles avirulentes, deux nouveaux effecteurs candidats prometteurs (Hg-CPZ-1 et Hg16414.1) ont été identifiés, ainsi que six effecteurs supplémentaires, tous surexprimés chez les femelles virulentes. Finalement, les microARN (miARN) du NKS, potentiellement impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle des gènes effecteurs, ont été caractérisés à l'aide de sRNA-Seq. L'analyse des petits ARN isolés de nématodes entiers et d'exosomes, a permis d'identifier un grand jeu de miARN conservés et inédits, spécifiques au NKS ou aux Heterodera. Également, l'usage de deux prédicteurs de cibles, un spécifique aux animaux et l'autre spécifique aux plantes, a prédit un sous-ensemble de miARN capable d'interagir simultanément avec des gènes effecteurs et des gènes putativement liés à la résistance chez le soja, suggérant une nature complexe du parasitisme du NKS. En résumé, les résultats de ces études ont permis non seulement d'améliorer notre compréhension des mécanismes sous-jacents à l'évolution et à la régulation des gènes effecteurs, mais ont également identifié des cibles potentielles pour améliorer la résistance contre le NKS et détecter plus efficacement la présence de ce parasite destructeur. / The soybean cyst nematode (SCN - Heterodera glycines) is the most economically important pathogen affecting soybean crops, causing significant reductions in yield on a global scale. Currently, the primary method for the management of this destructive root parasite is by utilizing natural host resistance. There are two main sources of genetic resistance commonly used in commercial practices to mitigate these losses: soybean plant introductions (PI) 548402 (Peking) and PI 88788. However, in North America, over 95% of resistant soybeans derive their resistance from PI 88788 genetics. Although still effective to a large extent, prolonged exposure to these limited genetic sources has led to the emergence of virulence within the SCN population, with subpopulations of nematodes now capable of overcoming host resistance. Given that soybean is expected to become one of the most economically significant grain crops in Quebec and Canada, it is crucial to understand how these nematodes overcome resistance. To gain insights into the genetic basis of virulence, a comparative transcriptomic analysis was conducted on individual nematodes isolated from multiple SCN populations with varying degrees of virulence against both main sources of resistance. By comparing the gene expression profiles of females categorized by their virulence phenotypes, we observed a significantly different transcriptomic response in females developing on Peking compared to those developing on PI 88788 or the susceptible control Essex. Indeed, overexpression and repression was observed in multiple effector genes of females developing on Peking. Further sequence analysis of expressed genes in Peking virulent nematodes also revealed a wide array of sequence polymorphisms and differential exon usage not shared by PI 88788 virulent or avirulent nematodes. Building upon the findings of potential alternative splicing in effector genes, a de-novo genome-guided transcriptome was generated in chapter two using long reads sequencing generated from single nematodes. This analysis aimed to assess the presence and extent of alternative splicing within effector genes and, more broadly, the SCN transcriptome. By comparing the expression profiles of these transcripts in PI 88788 virulent and avirulent females from different populations, simultaneously selected on both cultivars, two promising novel effector gene candidates (Hg-CPZ-1 and Hg16414.1) were identified, along with six other overexpressed effector candidates common to all virulent females from PI 88788. Although the two first chapters identified multiple candidate effectors associated with Peking and PI 88788 virulence, the regulatory mechanisms controlling these effectors remained unknown. Consequently, the third chapter explored the SCN microRNAs (miRNA) characterizing candidates potentially involved in the post-transcriptional regulation of effector genes. A comprehensive analysis of whole-nematodes and exosome-derived miRNAs revealed a diverse set of species- and lineage-specific candidates characterized for the first time in the SCN. By utilizing animal-specific and plant-specific miRNA target predictors, a subset of these miRNAs were also predicted to interact with nematode effectors and soybean resistance-related genes emphasizing the complex nature of SCN parasitism through the potential ability of nematodes to not only regulate its effectors genes but also its host genes. In summary, the findings from these chapters have not only enhanced our understanding of the mechanisms underlying the evolution and regulation of effector genes but also provide potential targets for improving resistance against SCN and detecting the presence of this destructive root parasite more effectively.

Les nématodes à kystes sont l'un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des " mitochondrial, transcription terminationfactor " (mTERF), dont l'implication dans des mécanismes de résistance n'a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida

Les nématodes à kystes sont l’un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des « mitochondrial, transcription terminationfactor » (mTERF), dont l’implication dans des mécanismes de résistance n’a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida / Cyst nematodes are one of the pests that cause the most damage to potato cultures. Resistance found in the accession spl88S.329.18 in Solanum sparsipilum is characterized by oligogenic determinism with a strong effect QTL on chromosome V (GpaVspl) and a minor effect QTL on chromosome XI (GpaXIspl). To obtain a high level of resistance, the effect of QTL GpaVspl must be complemented by the low effect QTL GpaXIspl. By comparative genomics, the GpaV locus was located in a range between 16 and 60 kb in genomes of tomato and potato related species: Solanum demissum and Solanum phureja. Two genes were annotated: the first belonging to the TIR -NBS -LRR gene family (TNL) and the second one belonging to the “mitochondrial transcription termination factor” family (mTERF). The effect of both genes -Spl_TNL18428 and Spl_mTERF18430- on resistance to G. pallida were analyzed via genetic transformation experiments followed by resistance tests on transformed plants. A partial effect of Spl_TNL18428 on resistance to G. pallida was identified by complementation of susceptible plants. Gene silencing experiments suggested that Spl_TNL18429, which occurs in roots and presents a high percentage of sequence identity with the gene Spl_TNL18428, is also involved in resistance to G. pallida. The expression of the GFP reporter gene, under the control of the Spl_TNL18428 gene promoter, is strongly induced in cells located around the syncytium. This strengthens the hypothesis of an involvement of Spl_TNL18428 gene in resistance to G. pallida, because the location of GFP expression is similar to necrosis, which is characteristic of resistant plants. Taking into account that recent data showing that several NBS-LRR genes may be essential for the expression of resistance, our results suggest that both Spl_TNL18428 and Spl_TNL18429 genes are necessary for the expression of resistance to G. pallida

Les invasions biologiques dans les agroécosystèmes engendrent de lourdes pertes économiques. Parmi les nombreuses espèces en cause, on retrouve les nématodes phytoparasites, vers microscopiques s’attaquant principalement aux racines. Présent dans tous les principaux pays producteurs de soya, le nématode à kyste du soya (NKS), Heterodera glycines, serait à lui seul responsable annuellement de plusieurs milliards de dollars de pertes. La rotation avec des cultivars résistants est le moyen le plus efficace de contrôler les populations de NKS, mais la surutilisation des mêmes lignées a conduit à la sélection d’individus virulents et mené à leur inefficacité. À ce jour, les mécanismes ainsi que les gènes de virulence associés au contournement de la résistance continuent de mystifier les scientifiques. Dans cette thèse, les effets des changements climatiques sur la reproduction et l’établissement du NKS ainsi que sur la phénologie de son hôte, le soya, ont été étudiés. Le premier modèle bioclimatique simulant le cycle de vie du NKS et du soya a été développé. Il a démontré que le nématode peut déjà se reproduire dans toutes les régions du Québec et que la hausse attendue des températures dans le futur proche (2041-2070) permettrait au NKS de pratiquement doubler le nombre de générations produites par saison de croissance dans toutes les régions. De plus, la production de soya issu du groupe de maturité I pourrait s’étendre à toutes les régions du Québec d’ici 2070. Une étude sur la distribution de la variabilité génétique entre 64 populations américaines et ontariennes et les gènes associés à diverses composantes bioclimatiques et leur rôle dans l’adaptation a également été réalisée. Celle-ci a révélé que la diversité génétique était très élevée entre les populations et qu’un flux de gène continu aurait facilité l’adaptation du NKS à diverses conditions bioclimatiques et son établissement dans toutes les régions nord-américaines où l’on produit du soya. Finalement, cette thèse présente l’analyse des génotypes du NKS et des gènes différentiellement exprimés sur des plants de soya résistant (Peking et PI88788) et sensible (Essex). En plus d’identifier plusieurs protéines liées à la virulence, cette étude a permis de mettre en évidence une région génomique sous forte pression évolutive. Cet îlot génique contient plusieurs répétitions en tandem qui ont divergé et dont certaines sont maintenant utilisées de façon sélective pour le contournement de différents types de résistance. / Biological invasions in agroecosystems are a major cause of economic losses. Plant parasitic nematodes are among the many species causing significant crop damages. The soybean cyst nematode (SCN) is causing billions of dollars of losses in all areas where soybean is produced. Rotation with resistant cultivars is the most effective mean of controlling SCN populations, but the overuse of the same lines has led to the selection of virulent individuals and the ineffectiveness of resistance. To this day, the virulence genes and mecanisms associated with the circumvention of resistance continue to mystify scientists. In this thesis, I explored the effects of climate change on the reproduction and establishment of SCN as well as on the phenology of its host, soybean. I have demonstrated that the nematode can already reproduce in all regions of Québec and that the expected rise in temperatures in the near future (2041-2070) will allow the development of more generations per growing season in all regions. In addition, I have demonstrated that the area suitable for the production of soybean from maturity group I will expand toward the north by 2070, further facilitating the expansion of SCN. I have also explored the genetic variability among more than 64 SCN populations from North America and analyzed the genes associated with various bioclimatic components and their role in adaptation. These analyses revealed that the genetic diversity was very high among SCN populations. This diversity associated with a continuous gene flow between populations has facilitated the adaptation of SCN to various bioclimatic conditions and its establishment in all US and Canadian soybean producing regions. Finaly, this thesis presents an analysis of the SCN genotypes and the differentially expressed genes associated with virulence in two resistant soybean lines (Peking and PI88788) and susceptible Essex. This work has identified several proteins associated with virulence and allowed the discovery of a genomic region under strong evolutionary pressure. This island contains several genes in tandem duplications that have diverged and are now used selectively for overcoming different sources of resistance.