Meloidogyne incognita est le nématode causant le plus de dégâts en agriculture. Sa particularité est d'être un organisme à reproduction asexuée obligatoire. Une femelle engendre des clones a priori 100% identiques génétiquement. Pourtant, M. incognita est capable de faire preuve d'une grande plasticité phénotypique lui permettant de répondre à de nouveaux environnements. Un exemple est le déterminisme du sexe, un phénotype lié aux conditions environnementales et semblant impliquer des régulations chromatiniennes. Un autre exemple est la capacité à contourner les résistances des plantes (virulence), un caractère héréditaire mais non-Mendelien. Dans le cadre de cette thèse, j'ai cherché à tester l'implication des mécanismes épigénétiques dans la plasticité phénotypique en absence de sexe de M. incognita. A ces fins, j'ai évalué la conservation des mécanismes épigénétiques chez les nématodes à galles. Cette approche a permis de pointer que les mécanismes connus chez C. elegans sont conservés chez les nématodes parasites de plantes. Puis, une méthodologie de ChIP-seq a été mise en place afin de comparer les profils d'accumulation des marques d'histones chez M. incognita au cours de la réponse aux conditions environnementales. Cette stratégie a permis la mise en évidence 1- de patrons d'histones modifiées marquant le développement du parasite et 2- de régions génomiques comportant plus de 300 gènes dont des candidats facteurs d'avirulence déjà décrits dans la littérature spécifiquement perdue entre M. incognita (a)virulents. Ces travaux de thèse présentent un intérêt fondamental sur la compréhension de l'évolution d'un organisme en absence de reproduction sexuée. / Meloidogyne incognita is the most damaging plant-parasitic nematode in agriculture. M. incognita reproduces in an asexual way by obligatory parthenogenesis. Genetically identical individuals develop from females and form clonal populations. Although these clones share the same genetic heritage, modifications of their phenotype can be observed when they are exposed to unfavorable environments. This phenotypic plasticity is characterized through two phenotypes of interest: sex-differentiation and virulence (i.e. capacity to parasite a resistant crop). Sex-differentiation varies among environmental conditions and was reported to be linked to decondensed chromatin regions. Virulence is an heritable character transmitted in a non-Mendelian way. Our study focuses on identifying the role of epigenome in the generation of phenotypic variability. To this end we detailed the presence of proteins involved in epigenetic regulations in Meloidogyne spp. We also developed a ChIP-seq assay to compare histone modifications between different developmental stages and between virulent and avirulent parasites. Our results allow to detect specific histone patterns associated with M. incognita development. These results lead us to propose a model that could explain sex determination in M. incognita. We also could link virulence acquisition with the loss of some specific genomic regions that contains more than 300 genes including already described potential avirulence factors. This study opens the way for analyzing the role of epigenetic mechanisms at a whole genome scale, and allows to identify novel biological processes involved in phenotypic variation in asexual organisms.

Le retrait des nématicides rend urgent la mise au point de méthodes alternatives de lutte contre les nématodes parasites des cultures et la création de variétés résistantes est une voie prometteuse. En vignoble, le nématode Xiphinema index a un impact économique élevé en transmettant le Grapevine fanleaf virus (GFLV), principal virus du court-noué de la vigne et première virose de la vigne à l’échelle mondiale. Des porte-greffe résistants vis-à-vis du vecteur X. index basés sur la source de résistance muscadine (Muscadinia rotundifolia) sont en cours de sélection chez la vigne afin de stopper ou retarder l’infection. Sur cette culture, une étude antérieure avait montré que ce nématode parthénogénétique méiotique est aussi capable de se reproduire (rarement) de façon sexuée. Un travail préliminaire de phylogéographie avait permis de révéler les groupes prédominants de diversité et de sélectionner des populations représentatives pour la création de lignées monofemelles. La durabilité de la résistance doit prendre en compte la diversité du nématode. Dans ce contexte, la thèse a d’abord complété et approfondi l’approche phylogéographique en utilisant une très large gamme d’échantillons originaires de l’aire mondiale de répartition de la vigne. Nos résultats permettent de proposer des hypothèses fortes afin de localiser l’aire native du nématode X. index au Moyen-Orient et de retracer ses itinéraires de dissémination à partir de l’Antiquité. IIs illustrent également le lien étroit depuis cette époque entre la dissémination du nématode et celle de la vigne domestiquée par l’homme. La deuxième partie de la thèse a évalué la durabilité de la résistance de matériel porte-greffe issu de la muscadine en serre (nématodes non virulifères sur plants entre 3 et 6 ans) et en vignoble (nématodes virulifères sur plants âgés de 16 ans). En serre, des accessions résistantes F1 ou BC1, préalablement obtenues à partir d’in vitro ou de boutures ligneuses, ont été inoculées avec un mélange de 4 lignées représentatives, chaque lignée étant traçable avec des marqueurs microsatellites. Nous avons montré que les nématodes issus de plants obtenus par multiplication in vitro surmontent progressivement la résistance tandis que le matériel issu de boutures exprime une résistance durable. La multiplication progressive des nématodes sur le matériel résistant uniquement dans le cas où il est issu d’in vitro écarte a priori l’hypothèse d’une adaptation génétique du nématode. Elle apparaît liée à une architecture différente du système racinaire chez les plants issus de ce type de multiplication, multiplication qui pourrait induire des changements physiologiques discrets mais durables dans les tissus racinaires apicaux à partir desquels les nématodes se nourrissent. Le génotypage des nématodes par microsatellites a permis de détecter un taux bas mais croissant d’individus hybrides entre lignées sur les plants âgés de 4 à 6 ans, ce qui confirme l’aptitude de multiplication sexuée précédemment observée en vignoble. Du fait que l’observation d’individus hybrides apparaît indépendante du type de propagation et du statut de résistance de la plante, nos résultats écartent l’hybridation comme mode d’adaptation du nématode qui serait à même d’expliquer le contournement de la résistance chez les plants issus d’in vitro. En vignoble, après 16 années, les nématodes ont été quasi-impossibles à détecter sur l’accession résistante BC1 qui est également peu affectée par les attaques virales, tandis que des effectifs de nématodes plus élevés ont été retrouvés sur une accession témoin sensible dont les plants sont par contre très majoritairement morts ou en dépérissement. Considérés globalement, nos résultats montrent que la stratégie de résistance basée sur la muscadine apparaît durable. Cette stratégie ciblée sur le nématode vecteur contribuera à réduire significativement l’impact du GFLV transmis par X. index. / The ban of most nematicides renders urgent control alternatives against plant-parasitic nematodes and breeding for resistant plant varieties is promising. In vineyards, the nematode Xiphinema index has a high economical impact by transmitting Grapevine fanleaf virus (GFLV), the main virus of ‘Court-noué’ disease and the first grapevine viral disease worldwide. Resistant rootstocks are being selected in grapevine, using Muscadinia rotundifolia (muscadine) as a resistance source to the vector, in order to arrest or delay GFLV transmission. In this crop, a previous study had shown that this meiotic parthenogenetic nematode is able to reproduce sexually (rarely) in the field. A preliminary phylogenetic work had allowed to reveal the predominant diversity groups and to select representative populations for the creation of single-female lines. Resistance durability is a real challenge that must consider the key information of the nematode diversity. In this context, the PhD project first completed and deepened our phylogeographical approach using an extended geographic coverage of the worldwide nematode distribution. Our results allow proposing strong hypotheses to locate the native area of X. index in the Middle-East and trace its dissemination routes from the Antiquity. They also highlight the close link since this epoch between dissemination of the nematode and domesticated grapevine by man. The second part of the PhD project has then evaluated the durability of muscadine-derived rootstock material in greenhouse (non viruliferous nematodes on plants aged 3 to 6 years) and field (viruliferous nematodes on plants aged 16 years) conditions. In the greenhouse, F1 and BC1 resistant accessions, previously obtained from both in vitro and hardwood-cutting propagation, were inoculated with 4 mixed representative X. index lines, traceable each with microsatellite markers. We showed that nematodes from plants obtained from in vitro progressively overcame the resistance while the material obtained from cuttings displayed a durable resistance. Nematode progressive multiplication in resistant accessions obtained only from in vitro removes a priori the hypothesis of a nematode genetic adaptation and appears linked to a different architecture of the root system in this propagation type. This type may have induced discrete but durable physiological changes in apical root tissues from where nematodes feed. Nematode microsatellite genotyping allowed detecting a low but increasing rate of hybrid individuals from 4 to 6 years, which confirms data from the vineyard. As the hybrid occurrence appears independent from the propagation type and the resistance status of the plant, our data discard hybridization as the mode of adaptation of the nematode underlying resistance breakdown from in vitro plants. In field conditions, after 16 years, nematodes were almost undetectable on the resistant BC1 accession, also almost unaffected by the viral attacks, while higher numbers were detected on a susceptible control accession, whose plants were by contrast in high majority dead or poorly vigorous. Taken all together, our results show that the muscadine-derived resistance strategy appears durable. This strategy focused on vector control will significantly contribute to reduce the impact of GFLV transmitted by X. index.

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