L’adaptation d’un champignon pathogène à son milieu, ainsi que l’évolution et la structuration des populations qui en découlent, sont fortement influencés par ses traits d’histoire de vie qui conditionnent sa fitness. C’est ce que nous avons illustré chez Melampsora larici-populina, l’agent de la rouille du peuplier. Ainsi, nous avons mis en évidence que le volume des spores du champignon évolue de manière répétable au cours des épidémies annuelles dans la vallée de la Durance, et ce sous l’effet de la sélection naturelle, signe que ce trait intervient directement dans le processus adaptatif du champignon. Par conséquent, les contraintes génétiques conditionnant le potentiel adaptatif du champignon en lien avec les traits d’histoire de vie ont été étudiées en laboratoire, au sein d’une descendance S1 issue de l’autofécondation d’une souche de référence. Les résultats obtenus suggèrent que M. larici-populina présente un potentiel adaptatif élevé. Enfin, une carte génétique à haute résolution du champignon, comprenant 18 chromosomes, a été construite afin d’étudier le déterminisme génétique de ces traits d'histoire de vie. Un locus de virulence ainsi que des QTL intervenant dans l’expression de la taille des lésions ont pu être détectés et positionnés avec précision sur cette carte. Ce travail a mis en évidence le rôle des traits quantitatifs dans l’adaptation et la structuration des populations de M. larici-populina en réponse aux pressions de sélection du milieu, en lui conférant un potentiel adaptatif élevée, essence de l’adaptation des organismes. Il ouvre également de nombreuses perspectives de recherche visant à identifier les bases génétiques de l’adaptation de ce champignon pathogène à son hôte, éléments indispensables à l’élaboration de stratégies de lutte durables / Adaptation of a phytopathogenic fungus to its environment, as well as the resulting evolution and structuration of its populations, are strongly influenced by its life history traits which condition its fitness. This is illustrated here with the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. Hence, we showed that spore volume repeatedly evolved through natural selection, during annual epidemics in the Durance River valley, showing the implication of this trait in the fungus adaptive processes. Consequently, genetic constraints conditioning the adaptive potential of the fungus, in connection with life history traits, were studied in laboratory, over a progeny resulting from a selfing of a reference strain. Results suggest that M. larici-populina has a high adaptive potential. Finally, a high resolution genetic map of the fungus, comprising 18 chromosomes, has been built in order to study genetic determinism of these traits. One locus of virulence and three QTL involved in the expression of the lesion size were detected and accurately mapped on this map. This work emphasizes the role of quantitative traits in adaptation and structuration of M. larici-populina populations in response to the environmental selective pressures, by conferring an adaptive potential, the basis of organisms’ adaptation. It also opens many opportunities to identify the genetic bases of adaptation of this fungus, these elements being essential for the development of sustainable strategies of disease control

L’optimisation de la biomasse produite par les taillis à courte rotation de peupliers représente un enjeu majeur pour la production de biocarburants de deuxième génération. Dans ce contexte, ce travail vise à faciliter le développement à court terme de nouvelles variétés clonales de peuplier permettant la production d’une ressource de qualité en s’intéressant plus particulièrement à l’architecture génétique de la résistance à la rouille foliaire et de la qualité du bois chez le peuplier noir (Populus nigra), espèce parente des hybrides cultivés. Des marqueurs SNP ont été développés à partir du séquençage de 665 fragments de gènes dans un panel de 21 individus. Ces derniers ont été associés à des marqueurs SSR et AFLP pour construire de nouvelles cartes génétiques sur une famille de 324 plein-frères clonés. Une technique de phénotypage à haut débit basée sur la spectrométrie à proche infrarouge a été développée pour prédire les teneurs en composés chimiques du bois ainsi que le rendement en saccharification. La mise en évidence d’une variabilité génétique importante pour l’ensemble des caractères a permis de cartographier les régions génomiques impliquées dans leur variation. Parmi les 11 QTL détectés pour la résistance, un QTL à effet majeur co-localise avec un QTL majeur associé à la résistance à la rouille foliaire du saule. Pour la qualité du bois, 15 QTL à effet faible à moyen ont été détectés, dont un cartographié sur le chromosome XIII qui colocalise avec des QTL précédemment identifiés chez le peuplier pour les teneurs en sucres et en lignines. Ce travail de thèse ouvre des perspectives d’identification de gènes sous-jacents aux QTL par génétique d’association. / Improvement of lignocellulosic resources from poplar short rotation coppices is a major challenge for the production of second generation biofuels. In this context, the present work aims at optimizing short term creation and deployment of improved poplar clonal varieties through the dissection of genetic control of both leaf rust resistance and wood quality in black poplar (Populus nigra), one of the parental species of cultivated hybrids. SNP markers have been developed from the resequencing of 665 gene fragments in a discovery panel of 21 individuals. These markers were combined with SSRs and AFLPs to build new genetic maps in a pedigree composed of 324 cloned full-sibs. High throughput phenotyping based on near infrared spectroscopy has been used to predict wood chemical contents and saccharification yield. High genetic variability expressed in all traits allowed the identification of genomic regions controlling this variation. Of the 11 QTL mapped for resistance, one major QTL co-localized with a major QTL previously detected for leaf rust resistance in willow. For wood quality, 15 QTL with low to moderate effect have been identified. Interestingly, one QTL mapped on chromosome XIII and colocalized with sugar and lignin contents QTL previously detected in poplar. Present results open perspectives towards the identification of candidate genes underlying the detected QTL through association genetics.

Le feu bactérien et le psylle causent d’importantes pertes économiques dans les zones de production du poirier dans le monde entier. Le développement de nouvelles variétés de poirier résistantes à ces bio-agresseurs constitue un enjeu majeur dans le cadre d’un programme de lutte intégrée. L’objectif de ce projet de thèse est l'étude du déterminisme génétique de la résistance vis-à-vis de ces deux bio-agresseurs. La thèse a été réalisée dans le cadre d’une collaboration internationale entre Fondazione Edmund Mach (Italie), Institut de Recherches en Horticulture et Semences (France) et Plant & Food Research (Nouvelle-Zélande). Une descendance interspécifique de poirier T003 x ‘Moonglow’ a été développée avec pour objectif de cumuler les résistances au feu bactérien et au psylle provenant de variétés asiatiques et européennes de Pyrus. Deux cartes génétiques ont été élaborées pour T003 et ‘Moonglow’ sur la base de marqueurs SNP (Single Nucleotide Polymorphism) et SSR (microsatellite), et la cartographie de QTLs (Quantitative Trait Loci) a permis de démontrer le déterminisme polygénique de la résistance à ces bio-agresseurs. Une sélection assistée par marqueurs (MAS) peut donc être engagée pour ces deux caractères. Des incompatibilités génétiques ont aussi été observées dans une partie de la descendance, ce qui a permis de cartographier pour la première fois chez le poirier les zones du génome liées au phénomène de « nécrose hybride ». Le développement de marqueurs liés aux gènes létaux devrait permettre aux sélectionneurs d’éviter les combinaisons incompatibles en croisement qui peuvent impacter certains caractères agronomiques co-ségrégant avec ces gènes létaux. / The goal of this PhD project was to study the genetic architecture of pear resistance to two of its most significant diseases and pests, fire blight and psylla, which cause severe yield losses in all the main pear production regions worldwide. The development of new pear varieties with resistance against these two biotic stresses is of major interest for Integrated Pest Management. This project was designed in a joint collaboration among Fondazione Edmund Mach (Italy), Institut de Recherches en Horticulture et Semences (France) and Plant & Food Research (New-Zealand). The interspecific pear F1 progeny T003 x ‘Moonglow’ was developed with the purpose of cumulating resistances to fire blight and psylla deriving from Asian and European pear cultivars. Single nucleotide polymorphism (SNP) and simple sequence repeat (SSR)-based genetic maps were built for T003 and ‘Moonglow’. Quantitative Trait Loci (QTLs) were detected for the resistances, demonstrating their polygenic nature. Marker-assisted selection (MAS) can now be applied for these two traits. Furthermore, the segregating population exhibited genetic incompatibilities, and the genomic regions associated with hybrid necrosis were mapped for the first time in pear. Development of molecular markers linked to the lethal genes should allow breeders to avoid crosses leading to incompatible combinations that could affect the expression of important agronomic traits co-segregating with these genes.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l'oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l'emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d'autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l'espèce d'origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d'optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d'amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l'organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d'identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d'une population de 200 individus issue de l'autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l'oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d'une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l'oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour 'Resistance to Erysiphe necator 5', montre une action précoce dans l'arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l'établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d'E. necator, appartenant aux deux groupes d'oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d'action, permettront d'améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l'oïdium.

L’association mycorhizienne à arbuscules (AM) est le résultat d’une interaction compatible entre les génomes des deux partenaires symbiotiques. Dans ce contexte, le but de mes recherches a été de mieux caractériser le rôle des gènes de pois liés aux stades tardifs de la symbiose, PsSym36, PsSym33 and PsSym40, dans le fonctionnement de la symbiose MA (i) en étudiant l’effet des mutations de ces trois gènes sur l’expression des gènes de la plante et du champignon, et (ii) en créant les conditions pour positionner deux de ces gènes, PsSym36 and PsSym40, sur la carte génétique afin d’envisager leur clonage futur. L’expression d’un groupe de dix gènes fongiques et de huit gènes de plante, déjà décrits pour être activés durant le développement de la mycorhize, a été comparée dans les racines de pois inoculées avec G. intraradices chez les plantes de génotypes sauvages, ou les mutants Pssym36, Pssym33 et Pssym40. L’expression de la plupart des gènes fongiques a été inhibée dans les racines du mutant Pssym36 où la formation des arbuscules est avortée, tandis que l’expression de plusieurs d’entre eux a été activée lorsqu’il existe un développement plus rapide du champignon dans les racines du mutant Pssym40. Des microdisséquats obtenus à partir de racines mycorhizées du mutant PsSym40 confirment l’expression préférentielle de trois gènes de G. intraradices (SOD, DESAT et PEPISOM) dans les cellules contenant les arbuscules. L’inactivation du gène PsSym36 provoque également une inhibition des gènes de plante alors que la mutation des gènes PsSym33 and PsSym40 affecte l’expression des gènes de plante plutôt de façon temporelle. Les résultats indiquent ainsi une implication des gènes SYM de pois dans la modulation des interactions moléculaires entre la plante et le champignon impliquées au niveau de la signalisation, des échanges nutritifs ou de la régulation des réponses au stress durant la formation et/ou le fonctionnement de la symbiose AM. Les conditions pour la localisation des gènes PsSym36 and PsSym40 sur la carte génétique du pois ont été développées pour leur clonage basé sur la cartographie. En utilisant les marqueurs moléculaires obtenus, il a été possible de conclure que la localisation du gène PsSym40 réside vraisemblablement à l’extérieur des groupes de liaison I, II, III ou V de la carte génétique du pois. / The arbuscular mycorrhizal (AM) association results from a successful interaction between the genomes of the two symbiotic partners. In this context, the aim of my research was to better characterize the role of the late stage symbiosis-related pea genes PsSym36, PsSym33 and PsSym40 in the functional AM (i) by investigating the effect of mutations in the three genes on fungal and plant gene responses and (ii) by creating conditions for the localization of two of the genes, PsSym36 and PsSym40, on the pea genetic map for future map-based cloning. The expression of a subset of ten fungal and eight plant genes,previously reported to be activated during mycorrhiza development, was compared in Glomus intraradices-inoculated roots of wild type and Pssym36, Pssym33 and Pssym40 mutant pea plants. Most of the fungal genes were down-regulated in roots of the Pssym36 mutant where arbuscule formation is defective, and several were upregulated with more rapid fungal development in roots of the Pssym40 mutant. Microdissection of mycorrhizal PsSym40 roots corroborated preferential expression of the three G. intraradices genes SOD, DESAT and PEPISOM in arbuscule-containing cells. Inactivation of PsSym36 also resulted in down regulation of plant genes whilst mutation of the PsSym33 and PsSym40 genes affected plant gene responses in a more time-dependent way. Results thus indicate an implication of the investigated pea SYM genes in the modulation of plant and fungal molecular interactions linked to signaling, nutrient exchange or stress response regulation during AM symbiosis formation and functioning. Conditions for localization of the PsSym36 and PsSym40 genes on the pea genetic map were developed for their future map-based cloning. Based on the molecular markers obtained, it was possible to conclude that localization of the PsSym40 gene most likely resides outside the linkage groups I, II, III or V of the genetic map of pea. / Формирование арбускулярной микоризы (АМ) является результатом успешного взаимодействия между геномами двух симбиотических партнёров. Целью моего исследования являлось изучение роли поздних симбиотических генов гороха PsSym36, PsSym33 и PsSym40 в формировании функционального АМ симбиоза. Для этого было проведено исследование эффекта мутаций в генах PsSym36, PsSym33 и PsSym40 на экспрессию грибных и растительных генов, предположительно (по литературным данным) вовлечённых в процессы формирования АМ, а так же проведена работа по локализации генов PsSym36 и PsSym40 на генетической карте гороха для последующего более точного картирования и позиционного клонирования данных генов. Экспрессия десяти грибных и восьми растительных генов была определена в корнях растений дикого типа и PsSym36, PsSym33 и PsSym40 мутантов, инокулированных G. intraradices. В корнях PsSym36 мутанта, имеющего дефект развития арбускул, большая часть грибных генов была супрессирована, в то время как в корнях PsSym40 мутанта, для которого характерна более быстрая по сравнению с диким типом микоризация, был отмечен более высокий уровень экспрессии грибных генов. Использование метода микродиссекций позволило выделить клетки, содержащие арбускулы, из микоризованных корней мутанта PsSym40 и подтвердить, что гены G. intraradices SOD, DESAT и PEPISOM преимущественно экспрессируются в клетках, содержащих арбускулы. Мутация в гене PsSym36 также привела к подавлению экспрессии большинства вовлечённых в анализ растительных генов, тогда как мутации в генах PsSym33 и PsSym40 оказали влияние на ксперессию растительных генов в меньшей степени. Полученные результаты свидетельствуют о роли исследуемых SYM генов гороха в контролировании растительно-грибных молекулярных взаимодействий, связанных с сигналингом, обменом питательными веществами и стрессовыми реакциями в процессе формирования и функционирования АМ симбиоза. Проведённое генетическое картирование не привело к локализации генов PsSym36 и PsSym40 на генетической карте гороха. Однако разработка и использование молекулярных маркеров для картирования позволили исключить локализацию гена PsSym40 в I, II, III и V группах сцепления с высокой долей вероятности.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l’oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l’emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d’autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l’espèce d’origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d’optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d’amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l’organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d’identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d’une population de 200 individus issue de l’autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l’oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d’une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l’oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour ‘Resistance to Erysiphe necator 5’, montre une action précoce dans l’arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l’établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d’E. necator, appartenant aux deux groupes d’oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d’action, permettront d’améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l’oïdium. / Grapevine requires numerous harmful plant-health treatments, in particular to control downy and powdery mildews, caused by Plasmopara viticola and Erysiphe necator, respectively. One way to reduce the use of fungicides in viticulture is to create resistant grapevine cultivars. European cultivated grapevine (Vitis vinifera, 2n=38) is susceptible to mildews, whereas related species such as Muscadinia rotundifolia (2n=40) exhibit high levels of resistance. In breeding programs, resistance factors from these related species are introduced into the susceptible elite varieties. Nevertheless, difficulties in obtaining viable seeds in the siblings of Vitis x Muscadinia crosses are observed. In order to optimize the management of resistance factors from M. rotundifolia in breeding programs, it is necessary to understand the genomic organisation of this species, and to complete the knowledge of these factors. Thus, the main objectives of this work are : (i) making a comparative analysis of V. vinifera and M. rotundifolia genomes and (ii) identifying new resistance factors from M. rotundifolia. For this purpose a framework genetic map of M. rotundifolia cv. Regale has been created, using a 200 individual S1 population. This population has also been screened for its resistance to downy and powdery mildew. A 950 cM genetic map has been generated, including 191 SSR markers distributed across the 20 chromosomes of M. rotundifolia. A high level of macrosynteny has been observed between the Muscadinia map and the genetic maps available for V. vinifera. Linkage group (LG) 20 of M. rotundifolia matches with the lower part of V. vinifera LG7. Furthermore, a QTL for resistance to downy mildew has been identified on M. rotundifolia LG18, and a major QTL for resistance to powdery mildew has been mapped on LG14. The latest, called Ren5 for ‘Resistance to Erysiphe necator 5’, acts during an early stage to stop E. necator’s mycelium growth, since the first stages of biotrophy have been established for the fungus. Moreover, Ren5 has been confronted to two additional powdery mildew strains, belonging to the two European groups of E. necator, and it remained efficient. Gathering knowledge about the genetic organization of M. rotundifolia, and the mechanism and spectrum of action of newly identified resistance factors such as Ren5, will be useful to optimize the management of M. rotundifolia resistance traits in breeding programs aiming to create new resistant varieties to downy and powdery mildews