Mieux comprendre l'évolution moléculaire des « anticorps » des plantes : vers une amélioration de leurs défenses naturelles dans le cadre d'une agriculture durable.

par Céline Gottin

Projet de thèse en Génétique et génomique

Sous la direction de Vincent Ranwez, Nathalie Chantret et de Anne Dievart.

Thèses en préparation à Montpellier, SupAgro , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec AGAP - Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes (laboratoire) et de Génomique évolutive et gestion des populations (GE2pop) (equipe de recherche) depuis le 24-09-2018 .


  • Résumé

    Les plantes subissent constamment les attaques d'une multitude d'organisme pathogènes (bactéries, virus, champignons, insectes, etc) dont elles se protègent grâce à un arsenal génétique mobilisant différentes voies du système immunitaire. Néanmoins, dans beaucoup d'agrosystèmes, la réduction de la diversité des variétés mises en culture ainsi que les pratiques culturales intensives (forte densité de semis, fertilisation élevée, abandon des rotations, etc) a conduit à une utilisation massive de pesticides pour compenser la perte d'efficacité des gènes de résistance rapidement contournés par les pathogènes. Réduire les intrants pour développer une agriculture plus durable fondée sur les principes de l'agroécologie est aujourd'hui un enjeu sociétal majeur. Le sujet de thèse proposé vise à répondre à cet enjeu en développant de nouvelles connaissances sur les mécanismes de résistance des plantes, afin d'envisager de nouvelles stratégies de lutte contre les pathogènes. Certains gènes de défense des plantes sont appelés « récepteurs » car ils sont capables, via des interactions protéines-protéines, de détecter la présence d'un intrus, via des molécules émises par cet intrus et de déclencher les mécanismes de défense. Si ce type de résistance (dit « gène pour gène ») est connu pour être contourné rapidement par les agents pathogènes, les mécanismes évolutifs à l'origine de l'émergence de nouvelles résistances spécifiques, chez les plantes, sont moins décrits. La compréhension de ces mécanismes pourra, par exemple, nous guider dans le choix de génotype présentant à la fois une diversité importante et une évolution rapide pour ces gènes de résistance. Ces génotype pourront être utilisés dans des populations de type ‘prebreeding' (dans lesquelles sera favorisée l'émergence de nouveaux gènes de résistance) ou dans des programmes de sélection visant à l'obtention de variétés aux résistances plus durables (cumul de différents types de résistance : spécifiques et basales) en vue de réduire ainsi l'empreinte écologique des cultures. Ces gènes de défense, de type « récepteurs », sont fréquemment regroupés dans le génome, formant ce que l'on appelle des ‘clusters'. L'hypothèse selon laquelle cette organisation en cluster permet d'augmenter leur vitesse d'évolution est souvent mise en avant. En effet, cette organisation en cluster permettrait d'augmenter la fréquence des évènements de recombinaison illégitime inter ou intra domaines, qui peuvent ainsi, soit créer de nouvelles copies (duplication), soit modifier la séquence de copies existantes (Lehti-Shiu et al. 2009; Shiu and Bleecker 2003). Cette hypothèse est également formulée spécifiquement pour le domaine LRR impliqué dans le mécanisme de reconnaissance des pathogènes. En effet, constitué de répétitions de motifs similaires (jusqu'à plusieurs dizaines), ce domaine évolue par insertions, délétions et duplications de motifs individuels ou de groupes de motifs (Persi et al. 2016). Nous proposons de mener une étude évolutive de trois grandes familles de récepteurs contenant un domaine LRR (plusieurs centaines de gènes par famille et par plante) et en particulier des motifs protéiques permettant ces interactions.

  • Titre traduit

    Better understanding molecular evolution of plant 'antibodies': towards an improvement of plant natural defenses in a more sustainable agriculture context.


  • Résumé

    Plants are constantly aggressed by a multitude of pathogenic organisms (bacteria, viruses, fungi, insects, etc.) and protected by a genetic arsenal that mobilizes different immune system pathways. However, in many agrosystems, the loss of genetic diversity within cultivated varieties and intensive farming practices (high seeding density, high fertilization, abandonment of rotations, etc.) has led to a massive use of pesticides to compensate for the loss of efficacy of resistance genes rapidly bypassed by pathogens. Reducing inputs to develop more sustainable agriculture based on the principles of agro-ecology is now a major societal challenge. The subject of the proposed thesis aims to tackle this challenge by developing new knowledge on plant resistance mechanisms, in order to consider new strategies for controlling pathogens. Some plant defense genes are called 'receptors' because they are able, via protein-protein interactions, to detect the presence of an intruder, via molecules emitted by this intruder and to trigger defense mechanisms. While this type of resistance (known as 'gene for gene') is known to be rapidly bypassed by pathogens, the evolutionary mechanisms that lead to the emergence of new specific resistances in plants are less documented. The understanding of these mechanisms can, for example, guide the choice of genotypes that are both highly diverse and rapidly evolving for these resistance genes. These genotypes may be used in pre-breeding populations (in which new resistance genes will be encouraged) or in breeding programs aimed at obtaining varieties with more durable resistance (accumulation of different types of resistance: specific and basal) in order to reduce the ecological footprint of crops. Receptor genes are frequently grouped together in the genome, forming (receptor) clusters. The hypothesis according to which this cluster organization favor a faster adaptation is often put forward. Indeed, this organization would increase the frequency of illegitimate inter or intra-domain recombination events, which can either create new duplicates or modify the sequence of existing copies (Lehti-Shiu et al. 2009; Shiu and Bleecker 2003). This hypothesis seems reasonable for the LRR domain itself (involved in the pathogen recognition mechanism). Indeed, made up of repetitions of similar units (up to several dozen), this domain evolves by inserting, deleting and duplicating individual units or groups of units (Persi et al. 2016). We propose to conduct an evolutionary study of three large families of receptors containing an LRR domain (several hundred genes per family per plant) and in particular protein motives allowing these interactions.