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Tracking evolutionary dynamics within the fungal wheat pathogen "Zymoseptoria tritici"
Auteur(s)
Editeur(s)
Date de parution
2023
Nombre de page
177
Mots-clés
Résumé
Français
Les champignons pathogènes sont de nature très diverse et peuvent poser de graves risques par le biais d'infections simples ou mixtes à la production alimentaire mondiale. Le contrôle des cultures est basé sur l'utilisation de produits chimiques synthétiques ainsi que la sélection de plantes résistantes. Cependant, les pathogènes fongiques des plantes surmontent rapidement les deux stratégies. Lors de co-infections, les phytopathogènes peuvent augmenter la sévérité de la maladie et modifier l'évolution de la virulence des génotypes co-infectants. Par conséquent, les outils de surveillance permettant une meilleure détection des agents pathogènes des cultures ainsi que la compréhension de l'impact des événements de co-infection sur la gravité de la maladie ne sont pas toujours efficace. De plus, nous manquons encore d'informations sur la base génétique responsable de l'évolution de la virulence et de la résistance aux fongicides au fil du temps. Dans cette thèse de doctorat, J’ai concentrés sur le développement d'un outil de surveillance pour tracer l'évolution de la virulence et de la résistance aux fongicides chez le pathogène fongique du blé Zymoseptoria tritici à l'aide de différents outils moléculaires et génomiques. Ici, j’ai développé un outils de génotypage pour multiplexer plusieurs locus ciblant les gènes de virulence et de résistance aux fongicides, et des marqueurs sélectionnés au hasard à l'échelle du génome. Plus d'une centaine de types d'échantillons ont été utilisés pour évaluer la bonne performances de mon outil. Cela a ensuite permis une amplification précise de tous les locus conçus et a bien fonctionné quel que soit le type d'échantillon. J’ai également exploré les conséquences d'interactions mixtes à l'intérieur et à l'extérieur de la plante hôte en utilisant un échantillon de grande taille pour fournir une image plus approfondie des conséquences de ces interactions sur la gravité de la maladie de plante ainsi que sur le changement de virulence et de croissance. J’ai constaté que la cinétique de croissance et la virulence dans les interactions simples s'écartaient de celles observées lors des interactions mixtes, indiquant une preuve d'exclusion compétitive entre les souches conspécifiques. De plus, les résultats étaient divergents à l'intérieur et à l'extérieur de la plante hôte, ce qui indique que le système immunitaire de la plante pourrait jouer un rôle clé dans la modulation des conséquences de l'interaction mixte à l'intérieur de la plante et ajoute une complexité significative. Enfin, j'ai utilisé un grand jeux de donnée de la population mondiale de Z.tritici pour étudier les éléments transposables situés à proximité d'importants locus de gènes de virulence et de résistance aux fongicides permettant
de comprendre l'histoire évolutive du pathogène dans le monde ainsi que d’établir de meilleures stratégies de protection de cultures. J’ai identifié un nombre considérable d'éléments transposables appartenant à différentes familles et superfamilles. J’ai également détecté des insertions récentes représentées par des insertions uniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat permet le traçage des génotypes de Z.tritici nouvellement évolués et de comprendre la base génétique médiant leur évolution. En outre, fournir des informations sur les conséquences des interactions mixtes sur la gravité de la maladie et sur la manière dont elles peuvent façonner le changement de virulence et la capacité de croissance des champignons phytopathogènes.
Les champignons pathogènes sont de nature très diverse et peuvent poser de graves risques par le biais d'infections simples ou mixtes à la production alimentaire mondiale. Le contrôle des cultures est basé sur l'utilisation de produits chimiques synthétiques ainsi que la sélection de plantes résistantes. Cependant, les pathogènes fongiques des plantes surmontent rapidement les deux stratégies. Lors de co-infections, les phytopathogènes peuvent augmenter la sévérité de la maladie et modifier l'évolution de la virulence des génotypes co-infectants. Par conséquent, les outils de surveillance permettant une meilleure détection des agents pathogènes des cultures ainsi que la compréhension de l'impact des événements de co-infection sur la gravité de la maladie ne sont pas toujours efficace. De plus, nous manquons encore d'informations sur la base génétique responsable de l'évolution de la virulence et de la résistance aux fongicides au fil du temps. Dans cette thèse de doctorat, J’ai concentrés sur le développement d'un outil de surveillance pour tracer l'évolution de la virulence et de la résistance aux fongicides chez le pathogène fongique du blé Zymoseptoria tritici à l'aide de différents outils moléculaires et génomiques. Ici, j’ai développé un outils de génotypage pour multiplexer plusieurs locus ciblant les gènes de virulence et de résistance aux fongicides, et des marqueurs sélectionnés au hasard à l'échelle du génome. Plus d'une centaine de types d'échantillons ont été utilisés pour évaluer la bonne performances de mon outil. Cela a ensuite permis une amplification précise de tous les locus conçus et a bien fonctionné quel que soit le type d'échantillon. J’ai également exploré les conséquences d'interactions mixtes à l'intérieur et à l'extérieur de la plante hôte en utilisant un échantillon de grande taille pour fournir une image plus approfondie des conséquences de ces interactions sur la gravité de la maladie de plante ainsi que sur le changement de virulence et de croissance. J’ai constaté que la cinétique de croissance et la virulence dans les interactions simples s'écartaient de celles observées lors des interactions mixtes, indiquant une preuve d'exclusion compétitive entre les souches conspécifiques. De plus, les résultats étaient divergents à l'intérieur et à l'extérieur de la plante hôte, ce qui indique que le système immunitaire de la plante pourrait jouer un rôle clé dans la modulation des conséquences de l'interaction mixte à l'intérieur de la plante et ajoute une complexité significative. Enfin, j'ai utilisé un grand jeux de donnée de la population mondiale de Z.tritici pour étudier les éléments transposables situés à proximité d'importants locus de gènes de virulence et de résistance aux fongicides permettant
de comprendre l'histoire évolutive du pathogène dans le monde ainsi que d’établir de meilleures stratégies de protection de cultures. J’ai identifié un nombre considérable d'éléments transposables appartenant à différentes familles et superfamilles. J’ai également détecté des insertions récentes représentées par des insertions uniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat permet le traçage des génotypes de Z.tritici nouvellement évolués et de comprendre la base génétique médiant leur évolution. En outre, fournir des informations sur les conséquences des interactions mixtes sur la gravité de la maladie et sur la manière dont elles peuvent façonner le changement de virulence et la capacité de croissance des champignons phytopathogènes.
Anglais
Plant pathogenic fungi are very widespread and can pose severe risks to global food production through single as well as mixed infection. Crop control is based on the use of synthetic chemicals and plant resistance breeding. However, fungal plant pathogens quickly overcome both strategies. During coinfections, plant pathogens can increase disease severity and change co-infecting genotypes virulence evolution. Hence, monitoring tools improving crop pathogen detection as well as understanding the impact of co-infection events on disease severity are lacking. Additionally, we still lack information on the genetic basis shaping virulence and fungicide resistance evolution over time. In this PhD thesis I focused on developing monitoring tool to track virulence and fungicide resistance evolution in the fungal wheat pathogen Zymoseptoria tritici using different molecular and genomic tools. Here I designed a microfluidics-based amplicon sequencing assay to multiplex several loci targeting virulence and fungicide resistance genes, and randomly selected genome-wide markers. More than hundred types of samples were used to assess the performance of our assay. This later allowed an accurate amplification of all designed loci and performed well regardless of the sample type. I also explored the outcomes of mixed interactions within and outside the plant host by using a large sample size to provide a deeper picture about the consequences of such interactions on disease severity as well as virulence and growth effects. I found that the growth kinetics and virulence in single interactions deviated from those seen during mixed interactions indicating competitive exclusion between conspecific strains. Additionally, the outcomes were divergent within and outside the plant host indicating that the plant immune system plays a key role in shaping the within-plant interaction outcomes and adds significant complexity. Finally, I used a data set of worldwide populations of Z. tritici to investigate transposable elements (TEs) located nearby important virulence and fungicide resistance genes allowing to retrace
the evolutionary history of the pathogen worldwide as well as a better crop protection strategies. I
identified a considerable number of TEs belonging to different families and superfamilies, I also
detected recent insertions represented by unique insertions called singletons. Overall, this PhD thesis
allows monitoring newly evolved Z. tritici genotypes and understanding the genetic basis mediating
their adaptation to their hosts and environment. Besides, the thesis provides information about the
consequences of mixed interactions on disease severity and how these can shape change in virulence
and growth of plant pathogens.
Plant pathogenic fungi are very widespread and can pose severe risks to global food production through single as well as mixed infection. Crop control is based on the use of synthetic chemicals and plant resistance breeding. However, fungal plant pathogens quickly overcome both strategies. During coinfections, plant pathogens can increase disease severity and change co-infecting genotypes virulence evolution. Hence, monitoring tools improving crop pathogen detection as well as understanding the impact of co-infection events on disease severity are lacking. Additionally, we still lack information on the genetic basis shaping virulence and fungicide resistance evolution over time. In this PhD thesis I focused on developing monitoring tool to track virulence and fungicide resistance evolution in the fungal wheat pathogen Zymoseptoria tritici using different molecular and genomic tools. Here I designed a microfluidics-based amplicon sequencing assay to multiplex several loci targeting virulence and fungicide resistance genes, and randomly selected genome-wide markers. More than hundred types of samples were used to assess the performance of our assay. This later allowed an accurate amplification of all designed loci and performed well regardless of the sample type. I also explored the outcomes of mixed interactions within and outside the plant host by using a large sample size to provide a deeper picture about the consequences of such interactions on disease severity as well as virulence and growth effects. I found that the growth kinetics and virulence in single interactions deviated from those seen during mixed interactions indicating competitive exclusion between conspecific strains. Additionally, the outcomes were divergent within and outside the plant host indicating that the plant immune system plays a key role in shaping the within-plant interaction outcomes and adds significant complexity. Finally, I used a data set of worldwide populations of Z. tritici to investigate transposable elements (TEs) located nearby important virulence and fungicide resistance genes allowing to retrace
the evolutionary history of the pathogen worldwide as well as a better crop protection strategies. I
identified a considerable number of TEs belonging to different families and superfamilies, I also
detected recent insertions represented by unique insertions called singletons. Overall, this PhD thesis
allows monitoring newly evolved Z. tritici genotypes and understanding the genetic basis mediating
their adaptation to their hosts and environment. Besides, the thesis provides information about the
consequences of mixed interactions on disease severity and how these can shape change in virulence
and growth of plant pathogens.
Notes
Thesis committee
Prof. Daniel Croll, thesis director, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Sergio Rasmann, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Laure Weisskopf, University of Fribourg, Switzerland
Private defense date 25.10.2022
Public defense date 01.02.2023
No thèse : 3016
Prof. Daniel Croll, thesis director, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Sergio Rasmann, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Laure Weisskopf, University of Fribourg, Switzerland
Private defense date 25.10.2022
Public defense date 01.02.2023
No thèse : 3016
Identifiants
Type de publication
doctoral thesis
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