Apport de l'ADN ancien dans l'étude de l'émergence et de l'évolution d'agents pathogènes de cultures

Campos Paola. 2021. Apport de l'ADN ancien dans l'étude de l'émergence et de l'évolution d'agents pathogènes de cultures. Paris : MNHN, 224 p. Thèse de doctorat : Biologie des organismes. Phylogénétique, épidémiologie moléculaire, phytopathologie : Muséum national d'histoire naturelle

Titre anglais : Deciphering the emergence and evolutionary history of crop pathogens: insights from historical herbarium specimens

Encadrement : Becker, Nathalie ; Rieux, Adrien ; Gagnevin, Lionel

Résumé : Les pathogènes de cultures représentent une menace pour l'Homme depuis les débuts de l'Agriculture. Afin de mieux comprendre les maladies actuelles de cultures et prévenir les épidémies futures, il est indispensable de comprendre les facteurs sous-jacents à l'émergence, l'adaptation et la diffusion des agents pathogènes. De récents développements méthodologiques dans le domaine de l'épidémiologie moléculaire permettent désormais de reconstruire les dynamiques spatio-temporelles des maladies avec une précision accrue. Alors que la majorité des études précédemment réalisées se sont entièrement appuyées sur l'échantillonnage d'individus contemporains datant des quelques dernières décennies, l'avènement de la paléogénomique permet désormais de reconstruire les génomes historiques de pathogènes datant de plusieurs siècles et ainsi d'étudier leur histoire évolutive avec une plus grande précision. Afin d'évaluer l'apport de la paléogénomique dans l'étude de l'émergence et de l'évolution de pathogènes de cultures, nous avons choisi Xanthomonas citri pathovar citri (Xci), la bactérie pathogène responsable du chancre asiatique des agrumes, comme modèle d'étude. Dans un premier temps nous avons optimisé les protocoles moléculaires et les pipelines bio-informatiques permettant de séquencer et reconstruire au mieux des génomes historiques de Xci à partir de spécimens d'herbiers. Dans ce contexte, nous nous sommes particulièrement attaché à étudier les patrons de dégradations de l'ADN dont la mesure est indispensable pour l'authentification des génomes historiques. Dans un second temps, nous avons précisé l'histoire de l'émergence de Xci à une échelle locale, celle des îles du sud-ouest de l'océan Indien (SOOI) grâce à l'analyse détaillée du premier génome historique de bactérie pathogène reconstruit à partir d'un échantillon d'herbier datant de 1937. Finalement, nous avons significativement amélioré la reconstruction de l'origine et de la diversification de Xci à l'échelle mondiale par l'analyse combinée des 13 génomes historiques générés durant cette thèse et d'une collection de génomes modernes représentative de la diversité génétique globale du pathogène. Nos travaux soulignent l'importance des données historiques dans la reconstruction de l'histoire évolutive d'agents pathogènes de cultures, valorisant les collections naturalistes et générant des connaissances ayant le potentiel d'optimiser les stratégies de lutte et de surveillance des épidémies actuelles et de mieux prédire les épidémies futures.

Résumé (autre langue) : Crop pathogens have been a threat to mankind since the beginnings of agriculture. In order to better understand current crop diseases and prevent future epidemics, it is essential to appreciate the factors underlying the emergence, adaptation and spread of pathogens. Recent methodological developments in the field of molecular epidemiology now allow reconstructing disease dynamics in space and time. While the majority of studies previously carried out are entirely based on the sampling of contemporary individuals dating from the last few decades, the advent of paleogenomics now makes it possible to reconstruct historical genomes from several centuries and to study their evolutionary history with a greater precision. In order to assess the contribution of paleogenomics to the study of crop pathogen emergence and evolution, we chose Xanthomonas citri pathovar citri (Xci), the pathogenic bacterium responsible for Asiatic citrus canker, as study model. First, we optimised molecular protocols and bioinformatics pipelines to reconstruct historical Xci genomes from herbarium specimens. In this context, we specifically investigated DNA degradation patterns which measurement is essential for historical genomes authentication. Secondly, the detailed analysis of the first historical pathogenic bacterial genome reconstructed from a herbarium sample dating from 1937 allowed us to precise Xci emergence history at a local scale of the Southwest Indian Ocean (SWIO) islands. Finally, we significantly improved the reconstruction of the origin and diversification of Xci on a global scale by the combined analysis of the 13 historical genomes generated during this thesis and a collection of modern genomes representative of the worldwide genetic diversity of the pathogen. Our works emphasise the importance of historical data in the reconstruction of crop pathogens evolutionary history, valourising naturalist collections and generating knowledge bearing the potential of improving disease monitoring and sustainable control of current and future epidemics.

Mots-clés Agrovoc : protection des plantes, épidémiologie, phylogénie, agent pathogène, adn, bactérie pathogène, surveillance des cultures, phylogénétique

Mots-clés complémentaires : Xanthomonas citri pv citri

Mots-clés libres : ADN ancien, Paléogénomique, Phylogénétique, Datation moléculaire, Histoire evolutive, Phytopathogène, Xanthomonas citri pv. citri, Chancre asiatique des agrumes

Classification Agris : H20 - Maladies des plantes

Auteurs et affiliations

• Campos Paola, CIRAD-BIOS-UMR PVBMT (REU)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/600100/)

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