Genetic characterization of Fusarium head blight resistance in durum wheat

par Noémie Prat

Thèse de doctorat en Physiologie et Génétique Moléculaires

Sous la direction de Thierry Langin et de Hermann Buerstmayr.

Soutenue le 28-10-2016

à Clermont-Ferrand 2 en cotutelle avec l'Universität für Bodenkultur (Vienne) , dans le cadre de École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Génétique, Diversité et Ecophysiologie des Céréales (laboratoire) et de Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales - Clermont Auvergne / GDEC (laboratoire) .

Le président du jury était Marc Lemmens.

Le jury était composé de Thierry Langin, Hermann Buerstmayr, Dominique This, Fiona Doohan.

Les rapporteurs étaient Thomas Miedaner, Clay Sneller.

  • Titre traduit

    Caractérisation des déterminants génétiques de la résistance à la fusariose chez le blé dur


  • Résumé

    La fusariose de l’épi est une maladie fongique qui touche toutes les cultures de céréales à paille à travers le monde entrainant des baisses de rendements et de la qualité des grains. La fusariose pose également un problème pour la sécurité alimentaire lié à la contamination des grains infectés par des mycotoxines. Le développement de variétés résistantes est considéré comme la méthode la plus efficace et la plus durable pour réduire les dommages causés par la maladie et pour limiter la contamination par les mycotoxines. L’amélioration de la résistance à la fusariose chez le blé dur (Triticum durum Desf.) demeure un défi du fait de son extrême sensibilité à la maladie et de la faible variabilité génétique disponible pour ce caractère. L’objectif principal de cette thèse a été d’évaluer l’effet de Fhb1, le QTL majeur de résistance à la fusariose chez le blé tendre (Triticum aestivumL.), au sein de fonds génétiques de blé dur élite. Pour cela, trois populations de cartographie, comprenant chacune environ 100 F7-RIL (lignées pures recombinantes ou « recombinant inbred lines »), ont été développées à partir de croisements entre la lignée expérimentale de blé dur DBC-480, portant une introgression de Fhb1, et les cultivars de blé dur Karur, Durobonus et SZD1029K. Les lignées ont été évaluées au champ, sur trois saisons, pour leur résistance globale à la fusariose après inoculation en spray de Fusarium culmorum. Des notations morphologiques (date de floraison, hauteur des plantes) ont également été réalisées afin d'évaluer leur influence sur l'infestation. Les lignées ont été génotypées à l’aide de marqueurs SSR et de marqueurs GBS (génotypage par séquençage ou « genotyping-by-sequencing ») développés par DArTseq. L’analyse de liaison a permis d’identifier des QTL de résistance sur les bras des chromosomes 2BL, 3BS, 4AL, 4BS, 5AL et 6AS. DBC-480 contribuait à l’allèle de résistance à tous ces loci. Le QTL sur 3BS a été détecté au sein des trois populations centré sur l’intervalle de Fhb1, confirmant, pour la première fois, son introgression dans le blé dur. L’évaluation de la résistance à la propagation après inoculation ponctuelle, réalisé au sein d’une des trois populations, a également permis de valider l’effet de Fhb1 sur la résistance de type 2 chez le blé dur. La hauteur des plantes influe fortement sur la résistance globale à la fusariose et, en particulier, l’allèle de nanisme Rht-B1b est associé à une plus grande sensibilité à la maladie dans les trois populations. Cependant, l’effet négatif de Rht-B1b sur la résistance est largement compensé dans les lignées possédant Fhb1. Des lignées semi-naines avec un meilleur niveau de résistance ont été sélectionnées et favoriseront le développement de cultivars de blé dur résistants à la fusariose.


  • Résumé

    Fusarium head blight (FHB) is a devastating disease affecting small-grain cereals worldwide causing yield and quality losses. FHB affects food safety due to the contamination of infected grains by mycotoxins. Host plant resistance is considered the most efficient and sustainable approach to contain FHB and mycotoxin contaminations. In durum wheat (Triticum durum Desf.) breeding for FHB resistance remains a challenge due to its extreme susceptibility and to lack of genetic variation available in the primary durum wheat gene pool. The primary goal of this thesis was to evaluate the effect of Fhb1, the major common wheat (Triticum aestivum L.) FHB resistance QTL, in elite durum wheat background. Three F7-RIL (recombinant inbred lines) mapping populations of about 100 lines were developed from crosses between the durum wheat experimental line DBC-480, harboring Fhb1, and the durum wheat cultivars Karur, Durobonus and SZD1029K. The RILs were tested under field conditions by artificial spray inoculation with Fusarium culmorum in three seasons. Morphological traits (flowering date, height) were also recorded to assess their influence on FHB infestation. Genotyping of the lines was performed with SSR and genotyping-by-sequencing (GBS) DArTseq markers. QTL analysis identified genomic regions associated with FHB resistance on chromosome arms 2BL, 3BS, 4AL, 4BS, 5AL and 6AS. DBC-480 contributed the resistant allele at all loci. Fhb1 was detected in all three populations, demonstrating for the first time its successful deployment in durum wheat. The effect of Fhb1 on FHB resistance in durum wheat was further verified by evaluating type 2 resistance in one of the three populations. Plant height had a strong influence in modulating FHB severity. Although the semi-dwarf allele Rht-B1b was associated with increased FHB susceptibility, its negative effect was efficiently counterbalanced in lines carrying Fhb1. Semi-dwarf lines with enhanced levels of resistance were selected and will assist the development of FHB resistant cultivars.


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