Doctor of Philosophy / Department of Agronomy / Guihua Bai / Growing resistant cultivars is an economically effective method to control wheat disease Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium graminearum. Ninety-five wheat lines mainly from China and Japan were evaluated for resistance to initial infection (type I), spread of symptoms within a spike (type II), and deoxynivalenol (DON) accumulation in infected grains (type III). Most of lines were resistant or moderately resistant, 15 lines had DON content lower than 2 ppm and six lines showed a high level of resistance for all the three types. Deoxynivalenol content was significantly correlated with type II, but not type I resistance. Fifty-nine of the ninety-five lines were evaluated for genetic diversity on the basis of amplified fragment length polymorphism (AFLP) and simple sequence repeats (SSRs). Genetic relationships among these lines were consistent with pedigrees and their geographic distribution. Chinese lines had broader genetic diversity than Japanese lines. Sumai 3 is a widely used Chinese variety for FHB-resistant breeding in the US and elsewhere. Haplotype patterns of the SSR markers linked to FHB resistance quantitative trait loci (QTL) on chromosomes 3BS, 5AS and 6BS of Sumai 3 indicated that only a few Sumai 3 derivatives carry all of these Sumai 3 QTL. SSR data also suggested that these QTL in Sumai 3 were derived from Chinese landrace Taiwan Xiaomai. Some highly resistant lines may carry novel QTL for FHB-resistance QTL, and need further investigation. A mapping population of 139 recombinant inbred lines derived from the cross of Wangshuibai (resistant Chinese landrace)/Wheaton (susceptible cultivar) was genotyped with more than 1300 SSR and AFLP markers. Five QTL for type I resistance were detected on chromosome arms 3BS, 4BS, 5DL, 3AS, and 5AS; seven QTL for type II resistance on 3BS, 1AL, 5AS, 5DL, 7AL, and 3DL; and seven QTL for type III resistance on 3BS, 5AS, 1AS, 5DL, 1BL, and 7AL. These QTL together explained 31.7%, 64%, and 52.8% of the phenotypic variation for FHB type I, II, and III resistance, respectively. QTL on 5AS, the distal end of 3BS, and 5DL contributed to all three types of resistance. FHB resistance QTL identified in Wangshuibai can be used in developing wheat cultivars with enhanced FHB resistance by pyramiding FHB resistance QTL from other sources.

Des génotypes adaptés à des environnements contrastés ont de grandes chances de se comporter différemment lorsqu’ils sont placés dans des conditions similaires et contrôlées, notamment si leur sensibilité aux signaux environnementaux et/ou leur croissance intrinsèque sont limitées à différents niveaux. De ce fait, la variabilité observée dans les populations naturelles peut être utilisée comme une source illimitée de nouveaux allèles ou gènes pour l’étude des bases génétiques de la variation des traits quantitatifs. Mon travail de doctorat a consisté en l’analyse de la variabilité naturelle pour la croissance et la réponse à l’environnement chez Arabidopsis thaliana. Le but des approches de génétique quantitative est de comprendre comment la diversité génétique et épigénétique contrôle la variabilité phénotypique observée dans les populations à différentes échelles, au cours du développement et sous différentes contraintes environnementales. De plus, ces analyses ont pour objectif de comprendre comment les processus adaptatifs et démographiques influencent la fréquence de ces variants dans les populations en fonction de leur environnement local. Ainsi, l’étude de la variabilité naturelle peut être appréhendée en utilisant diverses approches, de la génétique et des méthodes de biologie moléculaire aux études écologiques et évolutives. Au cours de mon doctorat, j’ai eu la chance de travailler sur plusieurs de ces aspects au travers de trois projets indépendants qui exploitent tous la variabilité naturelle d’A. thaliana.Le premier projet a consisté en l’analyse du pattern de polymorphisme observé dans des populations d’A. thaliana au gène MOT1 qui code pour un transporteur de molybdate (la forme assimilable du molybdène (Mo), un micro-élément essentiel) et qui est responsable d’une partie des variations de croissance et de fitness observées à l’échelle de l’espèce en fonction de la disponibilité en Mo des sols. J’ai montré à différentes échelles géographiques que le pattern de polymorphisme à MOT1 ne reflète pas une évolution neutre mais présente plutôt des traces de sélection diversifiante. Ce travail a contribué à renforcer l’hypothèse selon laquelle des mutations au niveau du gène MOT1 pourraient avoir été sélectionnées dans certaines populations pour faire face aux niveaux élevés de Mo observés dans certains sols et potentiellement délétères malgré leur effet négatif sur des milieux pauvres en Mo.Le deuxième projet portait sur la caractérisation et l’analyse fonctionnelle de deux récepteur-kinase putatifs (RLK) identifiés de part leurs effets sur la croissance foliaire spécifiquement en réponse à un stress induit par du mannitol mais pas sous d’autres contraintes osmotiques. La fonction de ces récepteurs chez A. thaliana -qui n’est pas connu pour produire du mannitol- peut paraître intrigante. Les différentes expériences réalisées au cours de cette thèse nous ont cependant permis de construire un modèle selon lequel ces récepteurs pourraient être activés par le mannitol produit par certains pathogènes tel que les champignons et participer aux réponses de défense de la plante.Le troisième projet a été réalisé en collaboration avec l’équipe de Michel Vincentz (CBMEG, Brésil) et de Vincent Colot (IBENS, Paris) et consiste en l’analyse de l’occurrence de variants épigénétiques naturels au gène QQS dans différentes populations d’Asie Centrale et de leurs possibles conséquences phénotypique et adaptative.En conclusion, l’analyse des variants génétiques et épigénétiques naturels à l’origine des variations de biomasse en interaction avec l’environnement permet de comprendre comment l’évolution façonne la variabilité naturelle. / Genotypes adapted to contrasting environments are expected to behave differently when placed in common controlled conditions, if their sensitivity to environmental cues or intrinsic growth behaviour are set to different thresholds, or are limited at distinct levels. This allows natural variation to be exploited as an unlimited source of new alleles or genes for the study of the genetic basis of quantitative trait variation. My doctoral work focuses on analysing natural variation for shoot growth and response to the environment in A. thaliana. Natural variation analyses aim at understanding how molecular genetic or epigenetic diversity controls phenotypic variation at different scales and times of plant development and under different environmental conditions, and how selection or demographic processes influence the frequency of those molecular variants in populations for them to get adapted to their local environment. As such, the analysis of A. thaliana natural variation can be addressed using a variety of approaches, from genetics and molecular methods to ecology and evolutionary questions. During my PhD, I got the chance to tackle several of those aspects through my contributions to three independent projects which have in common to exploit A. thaliana natural variation. The first one is the analysis of the pattern of polymorphism from a set of 102 A. thaliana accessions at the MOT1 gene coding for a molybdate transporter (an essential micronutrient) and responsible for contrasted growth and fitness among accessions in response to Mo availability in the soil. I showed at different geographical scales that MOT1 pattern of polymorphisms is not consistent with neutral evolution and shows signs of diversifying selection. This work helped reinforce the hypothesis that in some populations, mutations in MOT1 have been selected to face soils rich in Mo and potentially deleterious despite their negative effect on Mo-limiting soils. The second project consists in the characterisation and functional analysis of two putative receptor-like kinases (RLKs) identified from their effect on shoot growth specifically under mannitol-supplemented media and not in response to other osmotic constraints. The function of such RLKs in A. thaliana, which is not known to synthesize mannitol was intriguing at first but, through different experiments, we built the hypothesis that those RLKs could be activated by the mannitol produced by some pathogens such as fungi and participate to plant defensive response. The third project, in collaboration with Michel Vincentz’s team from CBMEG (Brasil) and Vincent Colot (IBENS, Paris), consists in the analysis of the occurrence of natural epigenetic variants of the QQS gene in different populations from Central Asia and their possible phenotypic and adaptive consequences. Overall, these analyses of the genetic and epigenetic molecular variation leading to the biomass phenotype(s) in interaction with the environment provide clues as to how and where in the pathways adaptation is shaping natural variation.

L’utilisation de variétés de plantes porteuses de gènes majeurs de résistance a longtemps été une solution privilégiée pour lutter contre les maladies des plantes. Cependant, la capacité des agents pathogènes à s’adapter à ces variétés après seulement quelques années de culture rend nécessaire la recherche de résistances à la fois efficaces et durables. Les objectifs de cette thèse étaient (i) d’identifier chez la plante des régions génomiques contraignant l’évolution des agents pathogènes en induisant des effets de dérive génétique et (ii) d’étudier l’impact des forces évolutives induites par la plante sur la capacité d’adaptation des pathogènes aux résistances variétales, l’ambition étant par la suite d’employer au mieux ces forces pour limiter l’évolution des pathogènes. Le pathosystème piment (Capsicum annuum) – PVY (Potato virus Y) a été principalement utilisé pour mener ces travaux de recherche. Afin de répondre au premier objectif, une cartographie de QTL (quantitative trait loci) sur une population biparentale de piment et une étude de génétique d’association sur une core-collection de piments ont été réalisées. Ces deux approches ont permis de mettre en évidence des régions génomiques sur les chromosomes 6, 7 et 12 impliquées dans le contrôle de la taille efficace des populations virales lors de l’étape d’inoculation du virus dans la plante. Certains de ces QTL ont montré une action vis-à-vis du PVY et du CMV (Cucumber mosaic virus) tandis que d’autres se sont révélés être spécifiques d’une seule espèce virale. Par ailleurs,le QTL détecté sur le chromosome 6 co-localise avec un QTL précédemment identifié comme contrôlant l’accumulation virale et interagissant avec un QTL affectant la fréquence de contournement d’un gène majeur de résistance. Pour répondre au second objectif, une analyse de la corrélation entre l’intensité des forces évolutives induites par la plante et une estimation expérimentale de la durabilité du gène majeur a été réalisée. De l’évolution expérimentale de populations de PVY sur des plantes induisant des effets de dérive génétique, de sélection et d’accumulation virale contrastés a également été effectuée. Ces deux études ont démontré qu’une plante induisant une forte dérive génétique associée à une réduction de l’accumulation virale permettait de contraindre l’évolution des populations virales, voire d’entraîner leur extinction. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le déploiement de déterminants génétiques de la plante qui influenceraient directement le potentiel évolutif du pathogène et permettraient de préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance. / Plants carrying major resistance genes have been widely used to fight against diseases. However, the pathogensability to overcome the resistance after a few years of usage requires the search for efficient and durable resistances.The objectives of this thesis were (i) to identify plant genomic regions limiting pathogen evolution by inducinggenetic drift effects and (ii) to study the impact of the evolutionary forces imposed by the plant on the pathogenability to adapt to resistance, the goal being to further use these forces to limit pathogen evolution. The pepper(Capsicum annuum) – PVY (Potato virus Y) pathosystem has been mainly used to conduct these researches.Regarding the first objective, quantitative trait loci (QTL) were mapped on a biparental pepper population andthrough genome-wide association on a pepper core-collection. These approaches have allowed the detection ofgenomic regions on chromosomes 6, 7 and 12 controlling viral effective population size during the inoculationstep. Some of these QTLs were common to PVY and CMV (Cucumber mosaic virus) while other were virusspecific.Moreover, the QTL detected on chromosome 6 colocalizes with a previously identified QTL controllingPVY accumulation and interacting with a QTL affecting the breakdown frequency of a major resistance gene.Regarding the second objective, a correlation analysis between the evolutionary forces imposed by the plant andan experimental estimation of the durability of a major resistance gene has been done. Experimental evolution ofPVY populations on plants contrasted for the levels of genetic drift, selection and virus accumulation they imposedhas also been performed. Both studies demonstrated that a plant inducing a strong genetic drift combined to areduction in virus accumulation limits virus evolution and could even lead to the extinction of the virus population.These results open new perspectives to deploy plant genetic factors directly controlling pathogen evolutionarypotential and could help to preserve the durability of major resistance genes.

Les résistances génétiques permettent une lutte efficace contre les maladies des plantes cultivées mais sont limitées par les capacités d’évolution des bioagresseurs ciblés. Chez le piment, le fonds génétique peut améliorer la durabilité de la résistance au PVY conférée par le gène majeur pvr23. L’objectif de ma thèse était de caractériser les facteurs génétiques de l’hôte conditionnant la durabilité du gène majeur en répondant aux questions suivantes : (i) Quels sont leurs actions sur l’évolution des populations virales ? (ii) Correspondent-ils aux QTL (quantitative trait loci) de résistance partielle ? (iii) Sont-ils répandus au sein des ressources génétiques du piment ? Différentes expérimentations incluant des tests de résistances, d’évolution expérimentale et de compétition entre différents variants viraux, ont montré que les facteurs du fonds génétique augmentant la durabilité de pvr23 agissaient en : (i) diminuant la concentration virale dans la plante, (ii) en réduisant les probabilités de mutations du PVY vers le contournement du gène pvr23 et (iii) en ralentissant la sélection des variants viraux contournants. La détection de QTL et la cartographie des facteurs génétiques affectant la fréquence de contournement de pvr23 (QTL de durabilité) a mis en évidence quatre régions du génome du piment qui, par des effets additifs ou épistatiques, expliquent 70% de la variabilité phénotypique observée. La cartographie comparée montre que trois des quatre QTL de durabilité co-localisent avec des QTL affectant la résistance partielle, suggérant que les QTL de résistance partielle ont un effet pléiotropique sur la durabilité d’un gène majeur de résistance. L’étude d’une collection de 20 accessions de piment, porteuses de pvr23 ou pvr24(allèle très proche de pvr23) dans des fonds génétiques variés, a montré que les fonds génétiques favorables à la durabilité de ces allèles de résistance sont fréquents dans les ressources génétiques du piment. Ces résultats mettent en évidence que la durabilité d’un gène majeur de résistance peut-être fortement augmentée lorsqu’il est associé à des facteurs génétiques réduisant la multiplication du pathogène. De plus, la fréquence de contournement du gène majeur s’est révélée être un caractère très héritable (h²=0.87) et la détection de QTL affectant ce caractère est possible. La sélection directe pour de tels QTL est donc envisageable et ouvre de nouvelles perspectives pour préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance utilisés en sélection variétale. / Genetic resistances provide an efficient control of crop diseases but are limited by pathogen adaptation.In pepper, the durability of the pvr23 allele, conferring resistance to Potato virus Y (PVY), was demonstrated todepend on the plant genetic background. The aim of my PhD thesis was to characterize the host genetic factorsaffecting the durability of the major resistance gene pvr23 and to answer to the following question s: (i) What istheir action on the evolution of the viral population? (ii) Is there identity between the QTLs (quantitative traitloci) controlling the partial resistance and the QTLs affecting the durability of pvr23? (iii) Are these genetic factorswidespread among the genetic resources of pepper? Various experiments including resistance testing,experimental evolution and competition between various PVY variants, enabled to show that the genetic factorsaffecting the durability of pvr23 acted in: (i) decreasing the viral accumulation, (ii) decreasing the probability ofacquisition of resistance breaking (RB) mutations by PVY and (iii) slowing down the selection of RB variants. QTLdetection and mapping of genetic factors affecting the frequency of pvr23 RB showed that four loci actingadditively and in epistatic interactions explained together 70% of the variance of pvr23 breakdown frequency.Comparative mapping between these QTLs and QTLs affecting partial resistance showed that three of the fourQTLs controlling the frequency of pvr23 RB are also involved in quantitative resistance, suggesting that QTLs forquantitative resistance have a pleiotropic effect on the durability of the major resistance gene. Analysis of acollection of 20 pepper accessions, carrying pvr23 or pvr24 (allele closely related to pvr23) in various geneticbackgrounds, showed that genetic backgrounds favorable to the durability of the pvr2-mediated resistance arewidespread in the genetic resources of pepper. These results highlight that the durability of a major resistancegene can be strongly increased when associated with genetic factors decreasing the pathogen multiplication.Moreover, the frequency of a major gene RB is a highly heritable trait and QTLs detection for this trait isachievable. The direct selection for such QTLs opens new prospects to preserve the durability of major resistancegenes used by breeders.

L'avènement des marqueurs moléculaires dans les années 80 a ouvert de nouvelles perspectives pour l'identification de locus impliqués dans la variation de caractères quantitatifs (QTL). De nombreuses études, notamment théoriques, ont montré que l'utilisation en sélection des marqueurs associés aux QTL (la Sélection Assistée par Marqueurs, SAM) pourrait permettre un gain d'efficacité par rapport à la sélection conventionnelle. En génétique végétale, la plupart des expériences de détection de QTL sont réalisées dans des populations issues du croisement entre deux lignées pures. Ainsi, beaucoup de moyens se retrouvent concentrés sur une base génétique étroite. Pourtant la probabilité de détecter des QTL est plus importante dans des populations avec une base génétique large, impliquant plus de deux parents car la diversité génétique est plus importante. Dans un contexte multiparental, le cas des populations multiparentales connectées, c'est-à-dire issues de croisements ayant un des parents en commun, présente un intérêt majeur puisque les connexions entre populations permettent pour un effectif global donné d'augmenter la puissance de détection des QTL, de comparer pour chaque QTL l'intérêt relatif de plusieurs allèles, et d'étudier leurs éventuelles interactions avec le fonds génétique. En termes de SAM, on peut penser que les marqueurs seront particulièrement intéressants dans un tel contexte pour diriger les croisements entre individus, afin de contrôler les recombinaisons entre les différents génomes parentaux et d'aider à la sélection d'individus qui cumulent les allèles favorables provenant des différents parents de départ. Aussi l'objectif de ce programme est-il de valider l'intérêt d'un schéma de SAM dans un dispositif multiparental connecté. Un croisement diallèle entre quatre lignées de maïs a permis de générer 6 populations de 150 plantes F2 chacune. La détection de QTL sur ce dispositif de 900 individus a été réalisée pour différents caractères grâce à MCQTL qui permet de prendre en compte les connexions entre populations. La comparaison des QTL détectés population par population et ceux détectés sur le dispositif complet en prenant en compte les connexions ou non, montre que l'analyse globale du dispositif en prenant en compte les connexions entre populations permet un gain de puissance substantiel et conduit à une meilleure précision de la localisation des QTL. A partir de ces résultats nous avons mis en place trois cycles de sélection sur marqueurs dans deux schémas présentant des objectifs distincts : i. obtenir un matériel plus précoce, pour le premier ii. augmenter le rendement tout en conservant une humidité des grains constante à la récolte pour le second. Pour pouvoir suivre la transmission des allèles parentaux aux QTL au cours des générations, un programme de calcul de probabilités d'identité par descendance adapté au dispositif à été développé. L'évaluation expérimentale du progrès génétique nous a permis de mettre en évidence, après 3 cycles de sélection, un gain significatif de précocité de 3 jours pour le schéma floraison et un gain significatif de 3.2 quintaux de rendement pour le schéma rendement. Parallèlement, nous avons comparé par simulation différents schémas de sélection, en nous basant sur le dispositif expérimental mis en place (nombre et effet des QTL, h²

Genotypes adapted to contrasting environments are expected to behave differently when placed in common controlled conditions, if their sensitivity to environmental cues or intrinsic growth behaviour are set to different thresholds, or are limited at distinct levels. This allows natural variation to be exploited as an unlimited source of new alleles or genes for the study of the genetic basis of quantitative trait variation. My doctoral work focuses on analysing natural variation for shoot growth and response to the environment in A. thaliana. Natural variation analyses aim at understanding how molecular genetic or epigenetic diversity controls phenotypic variation at different scales and times of plant development and under different environmental conditions, and how selection or demographic processes influence the frequency of those molecular variants in populations for them to get adapted to their local environment. As such, the analysis of A. thaliana natural variation can be addressed using a variety of approaches, from genetics and molecular methods to ecology and evolutionary questions. During my PhD, I got the chance to tackle several of those aspects through my contributions to three independent projects which have in common to exploit A. thaliana natural variation. The first one is the analysis of the pattern of polymorphism from a set of 102 A. thaliana accessions at the MOT1 gene coding for a molybdate transporter (an essential micronutrient) and responsible for contrasted growth and fitness among accessions in response to Mo availability in the soil. I showed at different geographical scales that MOT1 pattern of polymorphisms is not consistent with neutral evolution and shows signs of diversifying selection. This work helped reinforce the hypothesis that in some populations, mutations in MOT1 have been selected to face soils rich in Mo and potentially deleterious despite their negative effect on Mo-limiting soils. The second project consists in the characterisation and functional analysis of two putative receptor-like kinases (RLKs) identified from their effect on shoot growth specifically under mannitol-supplemented media and not in response to other osmotic constraints. The function of such RLKs in A. thaliana, which is not known to synthesize mannitol was intriguing at first but, through different experiments, we built the hypothesis that those RLKs could be activated by the mannitol produced by some pathogens such as fungi and participate to plant defensive response. The third project, in collaboration with Michel Vincentz's team from CBMEG (Brasil) and Vincent Colot (IBENS, Paris), consists in the analysis of the occurrence of natural epigenetic variants of the QQS gene in different populations from Central Asia and their possible phenotypic and adaptive consequences. Overall, these analyses of the genetic and epigenetic molecular variation leading to the biomass phenotype(s) in interaction with the environment provide clues as to how and where in the pathways adaptation is shaping natural variation.

Les résistances génétiques permettent une lutte efficace contre les maladies des plantes cultivées mais sont limitées par les capacités d'évolution des bioagresseurs ciblés. Chez le piment, le fonds génétique peut améliorer la durabilité de la résistance au PVY conférée par le gène majeur pvr23. L'objectif de ma thèse était de caractériser les facteurs génétiques de l'hôte conditionnant la durabilité du gène majeur en répondant aux questions suivantes : (i) Quels sont leurs actions sur l'évolution des populations virales ? (ii) Correspondent-ils aux QTL (quantitative trait loci) de résistance partielle ? (iii) Sont-ils répandus au sein des ressources génétiques du piment ? Différentes expérimentations incluant des tests de résistances, d'évolution expérimentale et de compétition entre différents variants viraux, ont montré que les facteurs du fonds génétique augmentant la durabilité de pvr23 agissaient en : (i) diminuant la concentration virale dans la plante, (ii) en réduisant les probabilités de mutations du PVY vers le contournement du gène pvr23 et (iii) en ralentissant la sélection des variants viraux contournants. La détection de QTL et la cartographie des facteurs génétiques affectant la fréquence de contournement de pvr23 (QTL de durabilité) a mis en évidence quatre régions du génome du piment qui, par des effets additifs ou épistatiques, expliquent 70% de la variabilité phénotypique observée. La cartographie comparée montre que trois des quatre QTL de durabilité co-localisent avec des QTL affectant la résistance partielle, suggérant que les QTL de résistance partielle ont un effet pléiotropique sur la durabilité d'un gène majeur de résistance. L'étude d'une collection de 20 accessions de piment, porteuses de pvr23 ou pvr24(allèle très proche de pvr23) dans des fonds génétiques variés, a montré que les fonds génétiques favorables à la durabilité de ces allèles de résistance sont fréquents dans les ressources génétiques du piment. Ces résultats mettent en évidence que la durabilité d'un gène majeur de résistance peut-être fortement augmentée lorsqu'il est associé à des facteurs génétiques réduisant la multiplication du pathogène. De plus, la fréquence de contournement du gène majeur s'est révélée être un caractère très héritable (h²=0.87) et la détection de QTL affectant ce caractère est possible. La sélection directe pour de tels QTL est donc envisageable et ouvre de nouvelles perspectives pour préserver la durabilité des gènes majeurs de résistance utilisés en sélection variétale.

Les plantes sont des organismes immobiles qui doivent répondre et s’adapter à des contraintes abiotiques et biotiques. Parmi les stress biotiques, les maladies virales, établies ou émergentes, peuvent être responsables de pertes de rendement majeures aux conséquences économiques importantes. Face aux phytovirus la lutte génétique constitue le moyen de lutte le plus efficace, le plus respectueux de l’environnement et du consommateur. Comprendre l’interaction entre les plantes et les virus reste indispensable pour rechercher de nouvelles sources de résistances. Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude du pathosystème naturel Arabidopis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Les essais ont été menés majoritairement en conditions extérieures permettant une analyse de l’interaction dans un environnement multistress. La réponse d’A. thaliana a été explorée par l’étude de traits liés à la maladie et par la variation en métabolites primaires et secondaires. Ce travail a permis i) de caractériser de façon fine la réponse d’A. thaliana au TuMV en conditionsmultistress en exploitant la diversité naturelle d’une population mondiale et française ii) de déterminer l’architecture génétique de cette interaction par des approches de génétique d’association et de QTL mapping. Plusieurs nouveaux loci potentiellement impliqués dans la réponse ont été identifiés iii) de montrer l’intérêt du phénotypage métabolique pour discriminer les accessions en fonction de leur sensibilité au TuMV. La multidisciplinarité des approches constitue la richesse de ce travail de thèse qui contribue à une meilleure caractérisation et compréhension de la réponse des plantes lors d’une infection virale. / Plants are immobile organisms which have to adapt to abiotic and biotic constraints. Among bioticstress, established or emerging viral diseases, may be responsible for major yield losses withsignificant consequences. Genetic control is the most effective, environmentally and consumerfriendlyway to control viral infections. Understanding plant/virus interactions remains essential tosearch for new sources of resistance. This work, focuses on the study of the natural pathosystemArabidopsis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Most of the trials were conducted in commongarden conditions allowing the analysis of the interaction in a multistress environment. A. thaliana’sresponse was explored through the study of disease-related traits and the variations in primary andsecondary metabolites. This work allows i) the fine characterization of A. thaliana’s response toTuMV in multistress conditions through the exploration of the natural diversity of a world and Frenchpopulation ii) to determine the genetic architecture of this interaction by genome wide associationsand QTL mapping. Several new loci potentially involved in the response have been identified iii) tohighlight the interest of metabolic phenotyping to discriminate accessions according to theirsusceptibility to TuMV. The multidisciplinary approaches contribute to a better characterization andunderstanding of plant-virus interaction.

L’avènement du génotypage à haut débit permet aujourd’hui de mieux exploiter le phénomène d’association, appelé déséquilibre de liaison (LD), qui existe entre les allèles de différents loci sur le génome. Dans ce contexte, l’utilité de certains modèles utilisés en cartographie de locus à effets quantitatifs (QTL) est remise en question. Les objectifs de ce travail étaient de discriminer entre des modèles utilisés en routine en cartographie et d’apporter des éclaircissements sur la meilleure façon d’exploiter le LD, par l’utilisation d’haplotypes, afin d’optimiser les modèles basés sur ce concept. On montre que les modèles uni-marqueur de liaison, développés en génétique il y a vingtaine d’années, comportent peu d’intérêts aujourd’hui avec le génotypage à haut débit. Dans ce contexte, on montre que les modèles uni-marqueur d’association comportent plus d’avantages que les modèles uni-marqueur de liaison, surtout pour des QTL ayant un effet petit ou modéré sur le phénotype, à condition de bien maîtriser la structure génétique entre individus. Les puissances et les robustesses statistiques de ces modèles ont été étudiées, à la fois sur le plan théorique et par simulations, afin de valider les résultats obtenus pour la comparaison de l’association avec la liaison. Toutefois, les modèles uni-marqueur ne sont pas aussi efficaces que les modèles utilisant des haplotypes dans la prise en compte du LD pour une cartographie fine de QTL. Des propriétés mathématiques reliées à la cartographie de QTL par l’exploitation du LD multiallélique capté par les modèles haplotypiques ont été explicitées et étudiées à l’aide d’une distance matricielle définie entre deux positions sur le génome. Cette distance a été exprimée algébriquement comme une fonction des coefficients du LD multiallélique. Les propriétés mathématiques liées à cette fonction montrent qu’il est difficile de bien exploiter le LD multiallélique, pour un génotypage à haut débit, si l’on ne tient pas compte uniquement de la similarité totale entre des haplotypes. Des études sur données réelles et simulées ont illustré ces propriétés et montrent une corrélation supérieure à 0.9 entre une statistique basée sur la distance matricielle et des résultats de cartographie. Cette forte corrélation a donné lieu à la proposition d’une méthode, basée sur la distance matricielle, qui aide à discriminer entre les modèles utilisés en cartographie. / The advent of high-throughput genotyping nowadays allows better exploitation of the association phenomenon, called linkage disequilibrium (LD), between alleles of different loci on the genome. In this context, the usefulness of some models to fine map quantitative trait locus (QTL) is questioned. The aims of this work were to discriminate between models routinely used for QTL mapping and to provide enlightenment on the best way to exploit LD, when using haplotypes, in order to optimize haplotype-based models. We show that single-marker linkage models, developed twenty years ago, have little interest today with the advent of high-throughput genotyping. In this context, we show that single-marker association models are more advantageous than single-marker linkage models, especially for QTL with a small or moderate effect on the phenotype. The statistical powers and robustness of these models have been studied both theoretically and by simulations, in order to validate the comparison of single-marker association models with single-marker linkage models. However, single-marker models are less efficient than haplotype-based models for making better use of LD in fine mapping of QTL. Mathematical properties related to the multiallelic LD captured by haplotype-based models have been shown, and studied, by the use of a matrix distance defined between two loci on the genome. This distance has been expressed algebraically as a function of the multiallelic LD coefficients. The mathematical properties related to this function show that it is difficult to exploit well multiallelic LD, for a high-throughput genotyping, if one takes into account the partial and total similarity between haplotypes instead of the total similarity only. Studies on real and simulated data illustrate these properties and show a correlation above 0.9 between a statistic based on the matrix distance and mapping results. Hence a new method, based on the matrix distance, which helps to discriminate between models used for mapping is proposed.