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

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Seed tubers conditioned to 0, 200 or 400 day-degrees above 4t were grown in land infested with Q. pallida. Plants from 400 day-degree seed emerged earlier, had larger canopies and greater dry weights early in the growing season than plants from 0 day-degree seed. However, physiological ageing reduced peak percentage ground cover and advanced crop senescence so that similar quantities of solar radiation were intercepted over the whole growth period. Overall, total and ware yields were not affected much by seed tuber physiological age. The partially resistant cultivars tested were more tolerant than the non resistant cultivars but tolerance was not usually affected by physiological age of seed tubers. The effects of nematicide treatment, initial Q. pallida population density, cultivar maturity class, cultivar resistance status and planting date on nematode multiplication, plant growth and tolerance of attack by Q. pallida are discussed. Using data from a variable temperature water bath experiment, probability and regression analysis estimated mean basal temperatures for the development of Q. pallida and Q. rostochiensis at 2.5 and S.rCi least variance analysis estimates were 3.5 and 4.rC respectively. Approximately 200 day-degrees above 3.5 and 4.rC were required from the inoculation of JJ2 of Q. pallida and G. rostochiensis to the peak numbers of JJ5 found in potato roots. From a range of chemicals tested for their ability to release antigen from Q. pallida cysts, sodium hypochlorite was found to be the most effective. Released antigen was detected using polyclonal antisera and monoclonal antibodies in an ELISA test. The potential for the development of an ELISA based diagnosis test for PCN using species-specific antibodies is discussed.

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.

Active disease resistance in plants is induced during the pathogen infection process that triggers multiple defense-related genes to establish broad-spectrum resistance. Several biotic and abiotic agents can mimic natural induced resistance (IR), categorized as systemic acquired (SAR) or induced systemic resistance (ISR). IR, triggered by acibenzolar-S-methyl (ASM) or plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), was evaluated on two-to-three types of tobacco in greenhouse and field studies. Tobacco mosaic virus (TMV) local lesion assays monitored induction and maintenance of ASM-induced SAR over a 21 day period via proportional reduction in the number of TMV local lesions between an untreated control and ASM-treated plants. Intraspecific variation in SAR was found among tobacco types; burley and flue-cured tobaccos responded by day 3, while oriental tobacco responded between day 3 and 6. The SAR signal was greatest between 6 and 15 days following ASM application, but IR was slightly evident even at 21 days after ASM application in all three tobacco types. Bottom and middle leaves responded similarly on all sample dates, but top leaves showed the weakest SAR response. Tobacco cyst nematode (TCN; Globodera tabacum solanacearum) is one of the most destructive pathogens of tobacco in Virginia. Among four PGPR combinations tested, a mixture of Bacillus amyloliquefaciens IN937a (GB99) and B. subtilis A13 (GB122) most consistently suppressed TCN reproduction in flue-cured and oriental tobacco. Application of ASM similarly reduced final numbers of TCN cysts, but also resulted in chlorosis, stunting, and lower plant fresh weight. GB99+GB122 also suppressed TCN development and reproduction in susceptible and resistant flue-cured cultivars, but reductions by ASM were less consistent. In a split-root trial, soil amendment with GB99+GB122 in one half of an oriental tobacco root system lowered final numbers of TCN more than did ASM. ASM exhibited undesirable effects in phytotoxicity trials in flue-cured and oriental tobacco, but GB99+GB122 was not phytotoxic. When oriental tobacco seedlings were grown in a GB99+GB122-treated soil-less media, a single application of 200 mg ASM/L one week after transplanting significantly suppressed TCN reproduction in the field without phytotoxicity. Further field research is needed to confirm this effect in flue-cured tobacco. / Ph. D.

Developing a flue-cured tobacco cultivar with high resistance to tobacco cyst nematode (TCN) is an important initiative in the Southern Piedmont of Virginia, where this pathogen causes severe yield losses. One hundred twenty eight lines representing a diverse geographic array of tobacco accessions, including cultivars from several types of tobacco, flue-cured-type tobacco introductions, and wild Nicotiana species were evaluated for TCN resistance under greenhouse conditions. Inheritance of TCN resistance has been reported to be closely linked or pleiotropic to inheritance of wildfire resistance. Consequently, accessions were also screened for wildfire resistance under greenhouse conditions to evaluate this relationship among a diverse group of tobacco accessions. Twenty-one accessions were identified with resistance to TCN. Response to the two pathogens was highly correlated. However, there was no relationship between resistance to the two pathogens for several accessions. 'KY 190', a fire-cured cultivar, possessed the N. longiflora source of wildfire resistance, but was found susceptible to TCN. This result seems to rule out pleiotropy and is consistent with the assertion that the two resistance genes are closely linked. six TCN resistant lines and two susceptible lines were selected and a diallel study was conducted to determine the inheritance of resistance to TCN. Additive gene action contributed significantly to inheritance of TCN resistance. Three accessions, 'Burley 64', 'Kutsaga 110', and 'Tl 1597', were determined to be the most promising parents for use in a breeding program designed to develop a flue-cured cultivar with a high level of TCN resistance. / Master of Science

Le nématode doré, Globodera rostochiensis, est un nématode phytoparasite qui peut infecter des plantes agricoles telles la pomme de terre, la tomate et l’aubergine. En raison des pertes de rendement considérables associées à cet organisme, il est justifiable de quarantaine dans plusieurs pays, dont le Canada. Les kystes du nématode doré protègent les œufs qu’ils contiennent, leur permettant de survivre (en état de dormance) jusqu’à 20 ans dans le sol. L’éclosion des œufs n’aura lieu qu’en présence d’exsudats racinaires d’une plante hôte compatible à proximité. Malheureusement, très peu de connaissances sont disponibles sur les mécanismes moléculaires liés à cette étape-clé du cycle vital du nématode doré. Dans cet ouvrage, nous avons utilisé la technique RNA-seq pour séquencer tous les ARNm d’un échantillon de kystes du nématode doré afin d’assembler un transcriptome de novo (sans référence) et d’identifier des gènes jouant un rôle dans les mécanismes de survie et d’éclosion. Cette méthode nous a permis de constater que les processus d’éclosion et de parasitisme sont étroitement reliés. Plusieurs effecteurs impliqués dans le mouvement vers la plante hôte et la pénétration de la racine sont induits dès que le kyste est hydraté (avant même le déclenchement de l’éclosion). Avec l’aide du génome de référence du nématode doré, nous avons pu constater que la majorité des transcrits du transcriptome ne provenaient pas du nématode doré. En effet, les kystes échantillonnés au champ peuvent contenir des contaminants (bactéries, champignons, etc.) sur leur paroi et même à l’intérieur du kyste. Ces contaminants seront donc séquencés et assemblés avec le transcriptome de novo. Ces transcrits augmentent la taille du transcriptome et induisent des erreurs lors des analyses post-assemblages. Les méthodes de décontamination actuelles utilisent des alignements sur des bases de données d’organismes connus pour identifier ces séquences provenant de contaminants. Ces méthodes sont efficaces lorsque le ou les contaminants sont connus (possède un génome de référence) comme la contamination humaine. Par contre, lorsque le ou les contaminants sont inconnus, ces méthodes deviennent insuffisantes pour produire un transcriptome décontaminé de qualité. Nous avons donc conçu une méthode qui utilise un algorithme de regroupement hiérarchique des séquences. Cette méthode produit, de façon récursive, des sous-groupes de séquences homogènes en fonction des patrons fréquents présents dans les séquences. Une fois les groupes créés, ils sont étiquetés comme contaminants ou non en fonction des résultats d’alignements du sous-groupe. Les séquences ambiguës ayant aucun ou plusieurs alignements différents sont donc facilement classées en fonction de l’étiquette de leur groupe. Notre méthode a été efficace pour décontaminer le transcriptome du nématode doré ainsi que d’autres cas de contamination. Cette méthode fonctionne pour décontaminer un transcriptome, mais nous avons aussi démontré qu’elle a le potentiel de décontaminer de courtes séquences brutes. Décontaminer directement les séquences brutes serait la méthode de décontamination optimale, car elle minimiserait les erreurs d’assemblage.

Potato cyst nematodes (PCN), Globodera rostochiensis and G. pallida, are economically important pests of potato (Solanum tuberosum) crops in potato growing regions worldwide. Integrated management is under threat, with effective nematicides increasingly being withdrawn on environmental and health grounds. Alternative strategies are urgently needed and trap cropping could be one of them. The non-tuber-bearing Solanum sisymbriifolium is regarded as an effective trap crop for PCN with strong hatching ability and immunity to PCN infection and has been used in the UK and The Netherlands. However, its mode of action is unknown. In order to shed light on the mode of action so that a novel control strategy could be identified, the interactions between G. pallida and S. sisymbriifolium were investigated using in vitro bioassays. In choice assays, G. pallida J2s were equally attracted to the roots of S. sisymbriifolium and to those of S. tuberosum. However, potato root diffusate (PRD), which is routinely used to induce PCN hatch, failed to attract G. pallida J2s in chemotaxis bioassays, indicating hatching factors (HFs) and soluble compounds present in PRD are not involved in attraction of G. pallida J2s to potato roots. The J2s invaded the roots of S. sisymbriifolium in large numbers but failed to develop further. To facilitate continuous observation of nematode development, a novel in vitro method was devised with the use of Pluronic F-127, which requires no sterilisation, and the life cycle of G. pallida was successfully observed in S. tuberosum roots. Quantitative real-time polymerase chain reaction analyses of defence related genes of S. tuberosum and S. sisymbriifolium infected with G. pallida revealed up-regulation of the chitinase gene (ChtC 2.1) at 3 days post inoculation in S. sisymbriifolium but not in S. tuberosum. Electrospray ionisation-mass spectrometry analyses of root exudate extracts of the two Solanum species and subsequent bioassay-guided fractionation showed that the HF of S. sisymbriifolium differs from that of S. tuberosum. Previously, attention had been solely paid to the hatching ability of the root exudate of S. sisymbriifolium, but this study revealed for the first time that the aerial part extract possesses a significant hatching ability.

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Bacteria of the genus Xenorhabdus live as the natural symbionts of the entomopathogenic nematodes of the family Steinernematidae. They produce a wide range of toxic secondary metabolites of different chemical structure and effect. The synthesis of particular products is specific for each strain of Xenorhabdus. The thesis is focused on evaluating the impact of bacterial metabolites on facultatively entomoparasitic nematodes Oscheius myriophila, the free-living nematode Caenorhabditis elegans and the phytophagous potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Target species of nematodes were exposed to 37 strains of Xenorhabdus bacteria, isolated from various species of Steinernematidae. Testing the impact of bacterial metabolites on O. myriophila and C. elegans nematodes was performed both by direct cultivation of target species on solid medium with live bacterial cultures as well as in sterilized liquid bacteria cultures. The effect of toxic substances on G. rostochiensis was evaluated only in selected sterilized bacteria cultures.