Les scénarios climatiques prévoient une augmentation des événements météorologiques extrêmes, impactant les conditions thermiques, hydriques et la concentration en CO₂. La température moyenne mondiale pourrait augmenter de 2 à 4,4°C d’ici 2100, modifiant la répartition des espèces, le fonctionnement des écosystèmes. Ils pourraient favoriser l’émergence de nouveaux bioagresseurs, modifier l’issue des interactions plante-pathogènes et la gravité des épidémies. Peu de résistances efficaces face aux changements environnementaux ont été identifiées, leur étude étant essentielle pour l’adaptation de l’Agriculture. Mon projet de recherche s’inscrit dans cette problématique et se focalise sur le flétrissement bactérien de la tomate causé par Ralstonia solanacearum.
R.solanacearum est un pathogène réparti mondialement et dont la pathogénicité est particulièrement importante dans les zones tropicales. Il infecte plus de 250 espèces, dont certaines d’intérêt agronomique comme la pomme de terre ou la tomate. Son développement est influencé par la température et l’humidité, et le changement climatique pourrait accroître sa virulence. En effet, Des études ont montré une sensibilité accrue de certains génotypes de tomate à des conditions plus chaudes et humides, avec une réduction de l’efficacité des résistances génétiques quantitatives. Dans ce contexte, un projet de thèse précédent a initié l’identification des bases génétiques de la réponse à R. solanacearum à température élevée. Un panel de 189 accessions d’apparentés sauvages de la tomate a été constitué, une ressource génomique unique créée et analysée, et ce panel a été phénotypé à 28 et 32°C après inoculation bactérienne. Des études d’association pangénomique (GWAS) ont été entreprises.
Mon projet de thèse prolonge ces travaux et a pour objectifs d’identifier des résistances stables face aux fluctuation des paramètres climatiques, contribuant à l’amélioration de la résistance de la tomate au flétrissement bactérien. Il est composé de trois axes.
Dans le premier, j’ai poursuivi les analyses de GWAS sur l’interaction R. solanacearum/tomate/température en conditions contrôlées. Une des originalités de cet axe visait à utiliser deux génomes de référence représentatifs des deux groupes génétiques constituant le panel. Les deux génomes de référence ont été utilisés pour optimiser les analyses. J’ai comparé les résultats obtenus et identifié de nouveaux gènes de résistance potentiellement stables en conditions de stress thermique.
Le second visait à développer ce type d’analyses sur des données phénotypiques acquises conditions réelles de culture à deux saisons climatiques contrastées. Dans le cadre du partenariat INRAE-Syngenta, le panel a été phénotypé au champ en saisons sèche et humide sur trois ans de façon à mimer les variations climatiques. Des simulations numériques ont été développées afin de comparer différentes méthodes d’analyse de la dynamique temporelle de l’infection avec un modèle paramétrique développé pour l’occasion. La nouvelle méthode a ensuite été appliquée sur les données réelles, confirmant 1) son efficacité à travers l’identification de gènes de résistances déjà connus pour être impliqués dans la réponse de défense à la bactérie, 2) sa résolution en restreignant la région génomique sous-jacente au QTL bwr-12, encore imprécise, à deux gènes candidats, 3) sa pertinence pour pour découvrir de nouveaux QTLs intéressants. Enfin, j’ai pu comparer les résultats obtenus entre les différentes saisons sèches/humides avec ceux du premier axe en conditions contrôlées
Le dernier axe en cours de réalisation a pour but de valider fonctionnellement certains des gènes candidats. Une approche d’édition génomique (CRISPR-Cas12) a été initiée pour tester la pertinence biologique de certains gènes candidats dans les génomes de référence LA1246 et LA1670. |
Climate scenarios predict an increase in the frequency and intensity of extreme weather events, impacting thermal and hydric conditions as well as atmospheric CO₂ concentration. For instance, the average global surface temperature is expected to increase by 2 to 4.4°C by 2100, leading to shifts in species distribution and ecosystem functioning. These changes could promote the emergence of new plant pathogens, alter plant-pathogen interactions, and influence the severity of epidemics. To date, few cases of effective resistance to environmental changes have been identified and studied, highlighting the need for further research to support agricultural adaptation. My research project addresses this issue by focusing on bacterial wilt in tomato caused by Ralstonia solanacearum.
R. solanacearum is a widespread pathogen originating from tropical, sub-tropical and warm temperated regions. It infects over 250 plant species, including economically important crops such as potatoes and tomatoes. Its development is strongly influenced by temperature and humidity, and climate change could enhance its virulence. Indeed, studies have shown that tomato genotypes become more susceptible under warmer and wetter culture conditions, probably as a result of the reduced effectiveness of known quantitative genetic resistances.
In this context, a previous PhD project initiated the identification of the genetic basis of tomato resistances to R. solanacearum at elevated temperature under controlled conditions. A panel of 189 accessions of wild tomato relatives was assembled, a unique genomic ressource created and analyzed, and this panel was phenotyped at 28°C and 32°C following bacterial inoculation. Genome-wide association studies (GWAS) were then undertaken.
My PhD project builds on these findings with the goal of identifying stable resistance mechanisms to R. solanacearum under fluctuating climatic conditions, contributing to improved resistance of tomato to bacterial wilt. The project is structured into three main research axes.
In the first one, I continued GWAS analyses of the R. solanacearum/tomato/temperature interaction under controlled conditions. One of the original features of this axis was the use of two reference genomes representative of the two genetic groups composing the panel. The two reference genomes were used to optimize the analyses. I compared the results obtained and identified new resistance genes potentially stable under heat stress conditions.
The second aimed at developing this type of analysis on phenotypic data acquired under cropping conditions in two contrasting climatic seasons. Within the framework of the INRAE-Syngenta research partnership, the panel was phenotyped in the field over three years during both the dry and wet seasons to mimic climatic variations. Numerical simulations were developed to compare different methods for analyzing the temporal dynamics of infection with a newly developed parametric model. The new method was then applied to real data, confirming 1) its effectiveness through the identification of resistance genes already known to be involved in the defense response to the bacterium, 2) its resolution by restricting the genomic region underlying the bwr-12 QTL, still imprecise, to two candidate genes, 3) its relevance for discovering interesting new QTLs. Finally, I was able to compare the results obtained between the different dry/wet seasons with those of the first axis under controlled conditions.
The last axis, in progress, aims to functionally validate some of the selected candidate genes. A genome-editing approach (CRISPR-Cas12) has been initiated to test their biological relevance in the LA1246 and LA1670 reference genomes. |