Thèse de doctorat : Procédés biotechnologiques et alimentaires : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Universiẗat, Diss., 2003--Münster (Westfalen).

Le système de sécrétion de type III est un des déterminants majeurs de la pathogénicité de Ralstonia pseudosolanacearum qui lui permet d’injecter des effecteurs de type III (les « Rip », « Ralstonia Injected Protein ») directement dans les cellules des plantes hôtes. Les effecteurs RipH1, RipH2 et RipH3 sont des effecteurs de type III conservés dans la plupart des souches séquencées. Au cours de ma thèse, le rôle de ces effecteurs RipH lors de l’infection de différentes plantes a été étudié en prenant comme point d’entrée les protéines de tomates avec lesquelles ces effecteurs interagissent. Un criblage par double hybride dans la levure a permis d’identifier 19 de ces protéines « cibles » de tomate. Des méthodes de génétique inverse ont ensuite été utilisées pour chercher le rôle des orthologues de ces protéines dans différentes plantes modèles lors de l’infection par Ralstonia pseudosolanacearum. Du VIGS chez Nicotiana benthamiana a permis de mettre en évidence l’implication des orthologues de la protéine TOM3 : la multiplication bactérienne est moins importante dans les feuilles lorsque l’expression de ces gènes est diminuée. Dans Arabidopsis thaliana, des mutants d’un gène orthologue de la cible TOM9, décrit comme jouant entre autres un rôle dans la remodélisation de la chromatine, est plus résistant à l’infection par R. pseudosolanacearum. Dans un deuxième chapitre correspondant à un article publié, le rôle de l’effecteur RipAX2 a été étudié dans la résistance des aubergines AG91-25. La présence de cet effecteur dans la souche GMI1000 est nécessaire à l’établissement de la résistance de cette variété dans laquelle le locus de résistance EBWR9 a été mis en évidence. L’ajout de RipAX2 dans la souche PSS4, une souche pathogène de AG91-25 qui ne possède pas cet effecteur naturellement, la rend non pathogène. De plus, le motif protéique putatif « zincbinding » qui est décrit comme nécessaire pour l’induction de réponses de défense chez l’espèce proche de l’aubergine Solanum torvum n’est pas nécessaire pour la résistance de AG91-25. Enfin, la conservation de l’effecteur RipAX2 dans les différentes souches du complexe d’espèces de Ralstonia solanacearum a été étudiée pour évaluer l’efficacité potentielle de cette source de résistance contre différentes souches. / One of the major virulence determinants of plant pathogenic Ralstonia species is the type III secretion system that enables it to inject proteins (also called “Ralstonia Injected Proteins” or Rip) into the host cells. The RipH1,2,3 type III effectors are conserved in different strains of the Ralstonia solanacearum species complex. The role of these effectors during infection has been studied, taking as an entry point the tomato proteins they interact with. Using yeast-two-hybrid screenings we have identified 19 tomato targets of these three RipH. Reverse genetics methods have then been used to study the role of orthologous genes of these targets in other model plants. Virus induced gene silencing in Nicotiana benthamiana showed that the orthologous genes of TOM3 were involved in plant response to Ralstonia pseudosolanacearum, as the bacterial multiplication was diminished in plants silenced for these genes. In Arabidopsis thaliana, mutants of the TOM9 orthologous gene which is described as involved in chromatin remodelisation were more tolerant to infection. In a second chapter corresponding to a published article, the role of RipAX2 has been studied. This effector triggers specific resistance in AG9125 eggplant which carry the major resistance locus EBWR9. This eggplant accession AG9125 is resistant to the wild type R. pseudosolanacearum strain GMI1000, while a ripAX2 defective mutant of this strain can cause wilt. The addition of ripAX2 from GMI1000 to the naturally pathogenic strain PSS4 suppresses its pathogenicity, demonstrating that RipAX2 causes AG9125 resistance. Moreover, a zinc binding motif described as necessary to induce defenses on the eggplant wild relative Solanum torvum upon RipAX2 recognition is not necessary for AG91-25 resistance. The conservation of RipAX2 has been studied in the different strains of the bacteria in order to determine the potential of this resistance source against various strains for breeding

In den letzten Jahren ist das Interesse der Europäer am Verbrauch „Exotischer Gemüsearten“ gewachsen wie z.B. für asiatische Auberginengenotypen, die sich in der Farbe, im Geschmack und der Form von den standardmäßigen dunklen violetten Auberginenfrüchten unterscheiden. Diese Entwicklung kann die Einführung und die Kommerzialisierung neuer asiatischer Auberginensorten in Westeuropa beeinflussen und dadurch die Vielfalt des Angebots mit diesem Gemüse in den gemäßigten Regionen erhöhen. Aus diesem Grund bestand das Ziel dieser Arbeit darin, einige asiatische Genotypen (hauptsächlich vietnamesischen Ursprung) hinsichtlich ihres Wachstums und Ertrags zu untersuchen und diese mit typischen „europäischen“ Sorten bei einer Kultivierung im Gewächshaus zu vergleichen. Außerdem sollte geprüft werden, ob die genetische Variabilität von Samenherkünften verwendet werden könnte, um Klone zu selektieren, die den Wachstumsbedingungen in den Gewächshäusern unter den Klimabedingungen in Deutschland angepasst sind. In den in vitro Experimenten ist die Reaktion von 5 Auberginengenotypen auf die Mikrovermehrung und auf die in vitro Verfahren ausgewertet worden. Zusätzlich wurden die Einflüsse von Wachstumsregulatoren, NAA und 2.4D, auf die Kallus- und Organbildung und indirekte Pflanzenregeneration in vitro untersucht, um Aussagen hinsichtlich der Nutzbarkeit von biotechnologischen Züchtungsmethoden, zu erhalten. Das in vitro Klonen wurde mit dem Ziel durchgeführt, Klone von ausgewählten 5 asiatischen Auberginengenotypen zu erhalten, um Aussagen zu ihrer vegetativen und generativen Entwicklung sowie dem Ertrag zu erhalten, und mit typischen „europäischen“ Sorten unter Gewächshausbedingungen zu vergleichen. Alle Genotypen wurden einer der hydroponischen Substratkultur im Gewächshaus kultiviert. Die Entwicklung der Genotypen in organischen und mineralischen Substrat wurde verglichen. Das organische Substrat hat zum besseren Wachstum aller Auberginengenotypen geführt. Die aus der in vitro Vermehrung erhaltenen Klone der asiatischen Auberginengenotypen entwickelten sich zu normalen Pflanzen, die einen typischen Habitus erreichten und teilweise einen Ertrag hatten, der mit dem der Kontrolle vergleichbar war. Die besten asiatischen Auberginenklone hatten ähnliche Ergebnisse wie die der Kontrolle sowohl im Stadium des Blühbeginns, als auch im Ertrag. Ein wichtiges Merkmal für die Auswahl einiger asiatischer Klone war ihre Fähigkeit frühzeitig zu blühen, vergleichbar mit den „europäischen“ Sorten. Die asiatischen Genotypen waren charakterisiert durch schmalere und leichtere Früchte mit einem guten Geschmack, weniger Samen und einer guten Konsistenz des Fruchtfleisches im Vergleich mit den „europäischen“ Sorten. Ausgehend von den Ergebnissen die in den Untersuchungen erzielt wurden, scheint es möglich, neue stabile Genotypen zu erhalten, die geeignet sind für eine Kultivierung in der „Substratkultur“ im Gewächshäusern und die ein Potenzial für den Erwerbsanbau unter europäischen Bedingungen haben. Für eine Optimierung der Wachstumsbedingungen, insbesondere das Formierungssystem, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich zumal diese Genotypen sehr starkwüchsig sind. Des Weiteren sollte der optimale Erntezeitpunkt und die Fruchtqualität untersucht werden. / Recently, there has been a growing interest of the Europeans in the consumption of „exotic vegetables“ like those of Asian eggplant genotypes different in colour, taste and shape from the traditional dark violet eggplant fruits. This may influence the introduction and commercialisation of Asian eggplant types in Western Europe, which will contribute to increase the biodiversity of this crop in temperate regions. Therefore, this work aimed at screening 4 Asian eggplant genotypes (mainly of Vietnamese origin) concerning their growth and yield in greenhouses in comparison to „European“ breeds. Moreover, it should be tested whether the genetic variability of seed progenies could be used to select plants adapted to the growing conditions in greenhouses under the climatic peculiarities in Germany. In in-vitro experiments the response of 5 selected eggplant genotypes to micropropagation and in-vitro manipulation has been evaluated. Further on the influence of plant growth regulators, e.g. NAA and 2,4 D, on the callus and organ formation, and indirect plant regeneration in-vitro were studied in preparation of use of biotechnological breeding methods later on. The in-vitro cloning was carried out with the aim to produce clones of 5 Asian eggplant genotypes to evaluate their vegetative and generative development, as well as the yield, in comparison with typical „European“ varieties under greenhouse conditions. All genotypes were cultivated in „substrate culture“ with drip irrigation. The influence of organic and mineral substrates on the growth and development of the eggplant genotypes was compared. The organic substrate favoured better growth of all eggplant genotypes. The in-vitro derived clones of Asian eggplant genotypes developed to normal plants that reached full maturity and some of them had a yield comparable with that of the controls, the typical „European“ varieties. The best Asian eggplant clones gave similar results as the controls in the beginning of flowering and the yield. The early flowering feature characteristic of some clones of Asian origin comparable to that of the typical „European“ varieties is very important for selection. Asian genotypes were characterized by smaller and lighter fruits having good taste, less seeds and good consistency in comparison with the „European“ varieties used as control. Derived from the results obtained in this research, it seems possible to obtain new stable genotypes for „substrate culture“ system in greenhouse with a potential for commercial production under European conditions. The optimization of growing conditions especially the pruning system needs further research for these very vigorously growing plant types. Further on studies regarding optimal harvesting time and fruit quality shall be done.

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.

Tesis por compendio / Androgenesis induction is an experimental procedure by which microspores are diverted from their original gametophytic pathway towards embryogenesis by applying specific stresses in vitro. It allows for the production of doubled haploid (DH) pure lines through anther culture or isolated microspore culture followed by chromosome doubling. DH technology is interesting for both basic research and plant breeding. In this Thesis, we studied microspore embryogenesis with two parallel approaches: (I) an applied study directed to the development of the first eggplant (Solanum melongena) highly embryogenic line and the improvement of the efficiency of eggplant microspore cultures; and (II) a fundamental research study focused on the relationship between microspore embryogenesis ability, intracellular Ca2+ levels and the dynamics of callose and cellulose deposition for cell wall formation in microspore-derived structures, using rapeseed (Brassica napus) as a model species. As an applied research, we developed and evaluated an eggplant DH population from a commercial hybrid, and identified and characterized the first eggplant highly androgenic DH line (DH36), which may be used to facilitate the study of eggplant androgenesis and for both basic and applied research. In addition, we evaluated different factors involved in microspore embryogenesis induction efficiency in eggplant and optimized the regeneration protocol for DH production via microspore culture. Together, the applied research on eggplant microspore embryogenesis made in this Thesis resulted in the most efficient protocol existing to date for DH production in eggplant. As a fundamental research, we studied the dynamics of Ca2+ during in vivo microsporogenesis and microgametogenesis, as well as during the first stages of in vitro-induced microspore embryogenesis, establishing a link between microspore embryogenesis and changes in Ca2+ levels and subcellular distribution. In addition, we studied the deposition of callose and cellulose during the first stages of microspore embryogenesis and demonstrated that the abnormally increased callose deposition and the inhibition of cellulose deposition observed in embryogenic microspores is most likely caused by a transient increase in the intracellular Ca2+ levels that occurs right after microspore induction. We also found that this particular dynamics of callose and cellulose deposition is related to microspore embryogenesis ability, and is essential for proper progression and success of microspore embryogenesis. In summary, the research made in this Thesis helps to further understand the basis underlying microspore embryogenesis and cell totipotency, and to apply the powerful DH technology to an economically important crop such as eggplant. / La inducción de androgénesis es un procedimiento experimental en el cual las microsporas se desvían de su vía gametofítica original hacia embriogénesis, mediante la aplicación de estreses específicos in vitro. Este fenómeno permite la producción de líneas puras dobles haploides (DH) mediante cultivo de anteras o cultivo de microsporas aisladas seguidos de duplicación cromosómica. La tecnología DH es interesante tanto para la investigación básica como para su aplicación a la mejora genética vegetal. En esta Tesis se estudia la embriogénesis de microsporas y la obtención de DHs con dos enfoques paralelos: (I) un estudio aplicado dirigido al desarrollo de la primera línea de berenjena (Solanum melongena) con alta respuesta androgénica y a la mejora de la eficiencia de los cultivos de microsporas de berenjena; y (II) un estudio de investigación básica centrado en la relación entre la habilidad para la embriogénesis de microsporas, los niveles intracelulares de Ca2+ y la dinámica de la deposición de calosa y celulosa para la formación de paredes celulares en estructuras derivadas de microsporas, utilizando como especie modelo la colza (Brassica napus). Como investigación aplicada, se desarrolló y evaluó una población DH de berenjena a partir de un híbrido comercial, y se identificó y caracterizó la primera línea DH altamente androgénica de berenjena (DH36), que puede usarse para facilitar el estudio de la androgénesis en berenjena y para otros estudios aplicados o básicos. Además, se evaluaron diferentes factores implicados en la eficiencia de la inducción de embriogénesis de microsporas en berenjena, y se optimizó el protocolo de regeneración para la producción de DH mediante cultivo de microsporas. En conjunto, la investigación aplicada sobre la embriogénesis de microsporas realizada en esta Tesis proporciona el protocolo más eficiente existente hasta la fecha para la producción de DH en berenjena. Como investigación fundamental, se estudió la dinámica del Ca2+ durante la microsporogénesis y la microgametogénesis in vivo, así como durante las primeras etapas de la embriogénesis de microsporas inducida in vitro, y se estableció un vínculo entre la embriogénesis de microsporas y los cambios en el nivel y distribución intracelular de Ca2+. Además, se estudió la deposición de calosa y celulosa durante las primeras etapas de la embriogénesis de microsporas y se demostró que la excesiva deposición de calosa y la inhibición de la deposición de celulosa, exclusivas de las microsporas embriogénicas, están causadas por el aumento transitorio de Ca2+ intracelular que se produce justo tras la inducción. Hemos demostrado que esta particular dinámica de la deposición de calosa y celulosa está relacionada con la capacidad androgénica, y que es fundamental para la correcta progresión y éxito de la embriogénesis de microsporas. En resumen, la investigación realizada en esta Tesis ayuda a comprender mejor la base de la embriogénesis de microsporas y de la totipotencia celular, y a aplicar la potente tecnología DH a un cultivo económicamente importante como es la berenjena. / La inducció d'androgènesi és un procediment experimental en el qual les microspores es desvien de la seua via gametofítica original cap a un nou destí embriogènic, mitjançant l'aplicació d'estressos específics in vitro. Aquest fenomen permet la producció de línies pures dobles haploides (DH) mitjançant cultiu d'anteres o cultiu de microsporas aïllades seguits de duplicació cromosòmica. La tecnologia DH és interessant tant per a la recerca bàsica com per a la seua aplicació a la millora genètica vegetal. En aquesta Tesi s'estudia l'embriogènesi de microspores i l'obtenció de DHs amb dos enfocaments paral·lels: (I) un estudi aplicat dirigit al desenvolupament de la primera línia d'albergina (Solanum melongena) amb alta resposta androgènica i a la millora de l'eficiència dels cultius de microspores d'albergina; i (II) un estudi de recerca bàsica centrat en la relació entre la capacitat per a l'embriogènesi de microspores, els nivells intracel·lulars de Ca2+ i la dinàmica de la deposició de cal·losa i cel·lulosa per a la formació de parets cel·lulars en estructures derivades de microsporas, utilitzant com a espècie model la colza (Brassica napus). Com a recerca aplicada, es va desenvolupar i avaluar una població DH d'albergina a partir d'un híbrid comercial, i es va identificar i caracteritzar la primera línia DH altament androgènica d'albergina (DH36), que pot usar-se per a facilitar l'estudi de l'androgènesi en albergina i per a altres estudis aplicats o bàsics. A més, es van avaluar diferents factors implicats en l'eficiència de la inducció d'embriogènesi de microspores en albergina, i es va optimitzar el protocol de regeneració per a la producció de DH mitjançant cultiu de microspores. En conjunt, la recerca aplicada sobre l'embriogènesi de microspores realitzada en aquesta Tesi proporciona el protocol més eficient existent fins avui per a la producció de DH en albergina. Com a recerca fonamental, es va estudiar la dinàmica del Ca2+ durant la microsporogènesi i la microgametogènesi in vivo, així com durant les primeres etapes de l'embriogènesi de microspores induïda in vitro, i es va establir un vincle entre l'embriogènesi de microspores i els canvis en el nivell i distribució intracel·lular de Ca2+. A més, es va estudiar la deposició de cal·losa i cel·lulosa durant les primeres etapes de l'embriogènesi de microspores i es va demostrar que l'excessiva deposició de cal·losa i la inhibició de la deposició de cel·lulosa, exclusives de les microspores embriogèniques, estan causades per l'increment transitori del Ca2+ intracel·lular que es produeix just després de la inducció. Hem demostrat que aquesta particular dinàmica de la deposició de cal·losa i cel·lulosa està relacionada amb la capacitat androgènica, i que és fonamental per a la correcta progressió i èxit de l'embriogènesi de microspores. En resum, la recerca realitzada en aquesta Tesi ajuda a comprendre millor la base de l'embriogènesi de microspores i de la totipotència cel·lular, i a aplicar la potent tecnologia DH a un cultiu econòmicament important com és l'albergina. / Rivas Sendra, A. (2017). Calcium and cell wall dynamics during microspore embryogenesis and double haploid production in rapeseed and eggplant [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85548 / Compendio