Evolutionary history of a plant root parasite: Meloidogyne graminicola

par Thi ngan Phan

Projet de thèse en Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques

Sous la direction de Michel Lebrun et de Stephane Bellafiore.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec IPME - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (laboratoire) depuis le 14-12-2017 .


  • Résumé

    Les nématodes phytoparasites (PPN) sont des ravageurs dévastateurs responsables de pertes annuelles de plus de 70 milliards d'euros dans l'agriculture mondiale (Jones et al., 2013). Parmi les PPN, les nématodes à galles (RKN, genre <i>Meloidogyne</i) sont les espèces les plus importantes contribuant à au moins 15% des pertes économiques totales de riz en Asie (Mantelin et al., 2017). Différentes espèces de RKN peuvent affecter le riz, mais elles sont probablement des agents pathogènes sous-estimés en raison de l'absence de symptômes spécifiques au-dessus du sol qui peuvent amener les producteurs à attribuer à tort les dommages aux maladies nutritionnelles et aux maladies secondaires. De plus, l'utilisation de plusieurs produits la lutte contre les nématodes nuisibles a été fortement restreinte, voire supprimée, pour des raisons toxicologiques. L'identification de ces organismes nuisibles est donc une exigence préliminaire afin d'offrir une gestion appropriée des agents pathogènes. Cependant, l'identification est difficile en raison de l'absence de marqueurs morphologiques et moléculaires spécifiques pour surveiller la diversité inter- et intra-spécifique, ce qui compromet les études épidémiologiques de ces ravageurs majeurs. RKNs ont une large gamme d'hôtes et peuvent être trouvés sur une large gamme géographique, à partir de régions tempérées à tropicales. Cependant, leur aptitude à coloniser différents écosystèmes et leur gamme d'hôtes semble être étroitement liée à leur mode de reproduction (Castagnone-Sereno 2006). Les RKN montrent une diversité intrigante des modes de reproduction allant de la reproduction sexuelle obligatoire (amphimixie) à la reproduction entièrement asexuée (apomixie) avec des intermédiaires capables d'alterner la reproduction sexuelle (amphimixis) et asexuée (automixis) (Castagnone-Sereno et al., 2013). Les signatures moléculaires de ces différents modes de reproduction peuvent être trouvées, y compris la spécificité dans la taille du génome (avec un niveau de ploïdie ou un nombre de chromosomes distincts), un pourcentage variable d'éléments transposables (TE), et la présence ou l'absence de palindromes ou de tandem blocs (Abad et al., 2008, Blanc-Mathieu et al., 2016, Lunt et al., 2014). De plus, il a été supposé qu'en plus d'une duplication génomique déjà observée chez les nématodes parthénogénétiques obligatoires (Abad et al., 2008), des hybridations entre espèces différentes étaient également présentes, entraînant potentiellement la plus grande spécificité des RKN asexuées (Blanc-Mathieu et al., 2016). Ces observations reflètent une plasticité singulière au sein du genre <i>Meloidogyne</i> qui semble jouer un rôle crucial dans l'adaptation de ces ravageurs à leurs différents environnements. Les résultats préliminaires (S. Bellafiore et al., Données non publiées) suggèrent que dans la nématodes facultatifs parthénogénétiques où la reproduction sexuée peut avoir lieu [par ex. <i>M. graminicola</i> (Triantaphyllou, 1969)], les hybridations entre différentes espèces ont également joué un rôle. Cette observation remet en question l'hypothèse ci-dessus où la fusion génomique a été proposée comme une adaptation afin d'augmenter la gamme d'hôtes de <i>Meloidogyne</i> spp. En effet, les nématodes facultatifs parthénogénétiques méiotiques ont une gamme d'hôtes étroite et ne peuvent être trouvés que dans quelques agroécosystèmes. Nos résultats suggèrent également qu'un parent ancestral avec une origine inconnue est partagé entre les nématodes parthénogénétiques obligatoires mitotiques (<i>M. oryzae</i>) et les nématodes facultatifs parthénogénétiques méiotiques (<i>M. graminicola</i>). Les génomes ancestraux, la diversité interspécifique et intraspécifique devraient donc contenir des informations évolutives importantes que nous proposons d'étudier dans ce doctorat dans le but de développer de nouveaux marqueurs d'ADN nécessaires à l'identification et aux études épidémiologiques.

  • Titre traduit

    Evolutionary history of a plant root parasite: Meloidogyne graminicola


  • Résumé

    Plant parasitic nematodes (PPN) are devastating pests responsible for more than €70 billion losses in worldwide agriculture annually (Jones et al., 2013). Among PPN, Root-Knot Nematodes (RKN, genus <i>Meloidogyne</i>) are the most important species contributing to at least 15% of the total rice economic losses in Asia (Mantelin et al., 2017). Different RKN species can affect rice but they are likely to be an underestimated pathogen because of the lack of specific above-ground symptoms that can lead growers to wrongly attribute the damage to nutritional and water-associated disorders or to secondary diseases. Moreover, the use of several products for controlling pest nematodes has been highly restricted, or even withdrawn, for toxicological reasons. Identification of these pests is therefore a preliminary requirement in order to offer appropriate pathogen management. However the identification is challenging due to the lack of specific morphological and molecular markers to monitor the inter- and intra-specific diversity, which compromises epidemiological studies of these major pests. RKNs have a broad host range and can be found on a large geographical range, from temperate to tropical regions. However, their aptitude to colonize different ecosystems and their host range seem to be closely linked to their reproduction mode (Castagnone-Sereno 2006). RKNs show an intriguing diversity of reproductive modes ranging from obligatory sexual (amphimixis) to fully asexual reproduction (apomixis) with intermediates able to alternate between sexual (amphimixis) and asexual (automixis) reproduction (Castagnone-Sereno et al. 2013). Molecular signatures of these different reproduction modes can be found, including specificity in the genome size (with distinct ploidy level or chromosome numbers), variable percentage of transposable elements (TE), and presence or absence of palindromes or tandem blocks (Abad et al, 2008; Blanc-Mathieu et al., 2016; Lunt et al., 2014). Moreover, it was hypothesized that besides a genome duplication already observed in obligate mitotic parthenogenetic nematodes (Abad et al., 2008), hybridizations between different species were also present, driving potentially the larger host range specificity of the asexual RKNs (Blanc-Mathieu et al., 2016). These observations reflect a singular plasticity within the <i>Meloidogyne</i> genus that seems to play a crucial role in the adaptation of these pests to their different environments. Preliminary results (S. Bellafiore et al., unpublished data) suggest that in meiotic parthenogenetic facultative nematodes where sexual reproduction can occur [e.g. <i>M. graminicola</i> (Triantaphyllou, 1969)], hybridizations between different species have also played a role. This observation questions the above hypothesis where genomic fusion was proposed to be an adaptation in order to increase the host range of <i>Meloidogyne</i> spp. Indeed, meiotic parthenogenetic facultative nematodes have a narrow host range and can be found only in a few agroecosystems. Our results also suggest that one ancestral parent with an unknown origin is shared between mitotic obligate parthenogenetic nematodes (<i>M. oryzae</i>) and meiotic parthenogenetic facultative nematodes (<i>M. graminicola</i>). The ancestral genomes, the interspecific and intraspecific diversity should thus contain important evolutionary information that we propose to study in this PhD with the objective of developing new DNA markers necessary for identification and epidemiological studies.