Etude des interactions riz-Magnaporthe oryzae. Diversité, origine et évolution du locus du gène de résistance Pi33

Ballini Elsa. 2007. Etude des interactions riz-Magnaporthe oryzae. Diversité, origine et évolution du locus du gène de résistance Pi33. Montpellier : Montpellier SupAgro, 308 p. Thèse de doctorat : Biologie intégrative des plantes : Montpellier SupAgro Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques

Titre anglais : Rice-Magnaporthe oryzae interactions. Origin, characterization and evolution of Pi33 cluster of rice blast resistance genes

Encadrement : Tharreau, Didier

Résumé : La résistance des plantes aux agents pathogènes peut être décomposée en plusieurs étapes: reconnaissance, régulation. réaction de défense. La reconnaissance spécifique d'un agent pathogène suit souvent la théorie gène-pourgène, où un gène de résistance dominant permet à la plante de détecter les souches de l'agent pathogène portant le gène d'avirulence correspondant. En l'absence de l'un des deux interactants, la maladie se développe. Au cours de cette thèse, une revue de la littérature it permis de mettre en évidence que 85 gènes et 347 QTLs de résistance a Magnaporlhe orme ont d'ores et deja été cartographiés. dont certains finement. Le produit du gène d'avirulence ACE1 de M. oryzae présente l'originalité de ne pas être sécrété. En conséquence. il se peut que le gène de résistance correspondant, Pi33, révèle un mécanisme de résistance différent de ceux déjà connus. Au cours de cette thèse, la présence du gène de résistance Pi33. a été mise en évidence à une fréquence élevée dans les riz cultivés de type indica. L'utilisation de couples de souches isogéniques a également permis de mettre en évidence Pi33 chez des espèces de riz sauvages (Oryza rufipogon et O. latifolia) relativement éloignées génétiquement du riz cultivé. Ces résultats sont en faveur d'une origine ancienne de Pi33. Par ailleurs, I'introgression de Pi33 dans la variété IR64 à partir d'une accession de l'espèce sauvage O. rufipogon a été caractérisée. D'autre part. une cartographie physique du locus de Pi33 a été réalisée dans une variété résistante (IR64). Une séquence partielle de cette zone a été obtenue et comparée aux séquences disponibles pour les deux variétés sensibles déjà sequencées (Nipponbare et 93-11). L'étude comparée des séquences de ce locus a mis en évidence des ruptures de la micro-synténie et confirme ainsi une évolution complexe du cluster. Ainsi, trois gènes candidats de type Nucleotide-Binding Site/Leucine Rich Repeat (NBS-LRR) ont été identifiés chez la variété sensible Nipponbare contre sept chez la variété résistante IR64. Le polymorphisme et l'expression des différents gènes candidats ont été caractérisés chez différentes variétés résistantes et sensibles. Celte approche a permis de cibler trois des NBS-LRR comme les candidats possibles pour Pi33. Différentes stratégies de clonage ont également été initiées (recherche de mutants, complémentation), ce qui a permis entre autre l'identification de 20 lignées mutées dans Pi33 pour lesquelles une caractérisation fonctionnelle de Pi33 est envisagée. Enfin, l'originalité de l'interaction ACE1/Pi33 pourrait se traduire par une originalité des voies de régulation et des réactions de défense. Des analyses d'expression de gènes marqueurs des réactions de défense ont été réalisées sur des échantillons de feuilles infectés par M. oryzae. L'expression de ces gènes à ainsi été comparée entre différentes interactions incompatibles et compatibles faisant intervenir ou non Pi33. Ces résultats semblent indiquer que même au sein de fonds génétiques différents. Pi33 entraînerait un profil d'expression conservé des gènes de défense.

Résumé (autre langue) : The interaction between plants and pathogens can be summarized in three steps: recognition, regulation, defence response. The specific recognition of the pathogen follows the gene-for-gene theory, where a resistance gene of the plant can detect strains of the pathogen with the corresponding avirulence gene. During this PhD, a review of the literature allowed to show that 85 genes and 347 QTLs of resistance to Magnaporthe oryzae have already been mapped. The product of the avirulence gene ACE1 of M. oryzae is original because it is not secreted. Consequently, the resistance gene corresponding to ACE1, Pi33, could reveal a resistance mechanism different from those already known. During this work, the presence of the resistance gene Pi33 was detected at a high frequency in the domesticated rice subspecies indica. Using couples of isogenic strains, Pi33 was also identified in some accessions of wild rice species (Oryza rufipogon and O. latifolia). These results suggest an ancient origin of Pi33. Moreover, we characterized the introgression of Pi33 from an accession of the wild species O. rufipogon in the variety IR64. In addition, we constructed a physical map of the Pi33 locus in the resistant variety IR64. A partial sequence of the locus in this resistant variety was obtained and compared with the sequence of two susceptible varieties (Nipponbare and 93-11). The comparative study of these sequences revealed a poor conservation of the micro-synteny and confirmed a complex evolution of the locus. Three Nucleotide-Binding Site/Leucine Rich Repeat like (NBS-LRR) candidate genes were identified in the susceptible variety Nipponbare and seven in the resistant variety IR64. Sequence polymorphism and level of expression of various candidate genes was characterized in different resistant and susceptible varieties. Although this approach did not allow identifying Pi33, the identification of 20 mutant lines for Pi33 will allow a functional analysis of the gene. Cloning Pi33 was attempted by different approaches (mutants, complementation). This work is still in progress. Finally, because the originality of the interaction ACE1/Pi33 could result in an original regulation pathway, we performed transcription analyses on samples of leaves infected by M. oryzae. The expression of marker genes was compared between different incompatible and compatible interactions involving Pi33 or not. These results suggest that even within different genetic backgrounds, Pi33 contributes to a conserved defence pathway.

Mots-clés Agrovoc : Magnaporthe, Oryza sativa, carte génétique, gène, Clonage moléculaire, résistance aux maladies, locus des caractères quantitatifs, relation hôte pathogène, expression des gènes, variété, séquence nucléotidique

Mots-clés complémentaires : QTL, Magnaporthe oryzae

Classification Agris : H20 - Maladies des plantes
F30 - Génétique et amélioration des plantes

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2005-2013) - Intensification écologique

Auteurs et affiliations

• Ballini Elsa, Montpellier SupAgro (FRA)

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/543072/)

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