Diversité génétique du nématode vecteur Xiphinema index sur vigne et application pour optimiser la stratégie de résistance

by Van Chung Nguyen

Doctoral thesis in Biologie des interactions et écologie

Under the supervision of Daniel Esmenjaud.

defended on 23-10-2018

in Côte d'Azur , under the authority of École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , in a partnership with Université de Nice (établissement de préparation) , Institut Sophia Agrobiotech (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) and Institut Sophia Agrobiotech [Sophia Antipolis] (laboratoire) .

  • Alternative Title

    Genetic diversity of the grapevine vector nematode Xiphinema index and application to optimize the resistance strategy


  • Abstract

    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.


  • Abstract

    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.


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