Adaptation des champignons phytopathogènes aux contraintes biotiques et abiotiques:

1. Rapport bibliographique Master 2 GDP 2006-2007 Adaptation des champignons phytopathogènes aux contraintes biotiques et abiotiques: Etude du fitness Etudiant: Pierre Abadie Laboratoire d’accueil: Inra Bordeaux, UMR Santé Végétale Responsable: Marie-France Corio-Costet

2. Introduction • Milieu de vie des êtres vivants = environnement variable • Pressions sélectives auxquelles sont soumis les champignons phytopathogènes • → biotiques: de la part de l’hôte et/ou des autres champignons • → abiotiques: de la part de l’environnement (fongicides) • → Nécessité de s’adapter • Fitness d’un individu = succès reproductif face à l’ensemble des pressions sélectives • Le fitness reflète donc l’adaptation d’un organisme à son environnement Plasmopara viticola

3. Problématique • Méthodes de lutte principales: sélection variétale et lutte chimique • Limites: contournement de résistance et résistance aux fongicides • Etudes principalement focalisées sur les mécanismes de virulence • Comment les populations de pathogènes évoluent et s’adaptent? Quels sont les apports de l’étude du fitness des champignons phytopathogènes à la compréhension des maladies et de leur évolution?

4. Plan de l’exposé Définitions et mesures du fitness Le fitness dans la relation hôte-pathogène Le fitness et la résistance aux fongicides Présentation et objectifs du sujet de stage

5. Définitions et mesures du fitness 1. Définition du fitness • Définition universelle délicate: • - Fitness d’un individu/gène/allèle/population/… ? • - Fitness à l’échelle d’une génération / à plus long terme? • - Notion de fitness en génétique des populations/épidémiologie/microbiologie/…? • Fitness = succès reproductif, capacité à survivre et à se multiplier • Fitness = valeur sélective (w) = viabilité x fertilité • Caractère phénotypique sous contrôle génétique et environnemental • Caractère héritable

6. Définitions et mesures du fitness 2. Comment mesurer le fitness des champignons? • Difficultés expérimentales liées à l’étude des champignons: • Limites du mycélium? • Définition d’une espèce? • Mode de reproduction? Penicillium sp. (x560) Aspergillus flavus

7. Définitions et mesures du fitness 2. Comment mesurer le fitness des champignons? • Mesure la plus simple du fitness: • Mesure du fitness de Malthusian: • Le plus adapté à l’étude des champignons: calcul d’un indice de fitness, dont les paramètres dépendent des possibilité expérimentales

8. Le fitness dans la relation hôte-pathogène

9. Le fitness dans la relation hôte-pathogène Fitness et spéciation • Chez Phytophthora infestans: Existence d’une différence de fitness Des analyses génétiques montrent une différenciation génétique supposée conduire à la spéciation (D’après Lebreton, 1999)

10. Le fitness et la résistance aux fongicides

11. Le fitness et la résistance aux fongicides 1. Fitness et évolution de la résistance 3 mutations successives conférant meilleur fitness en présence du fongicide (augmentation de la résistance au fluconazole) Sélection directionnelle des individus au meilleur fitness Fitness = résultat direct et mesurable de la sélection naturelle (D’après Anderson, 2005)

12. Le fitness et la résistance aux fongicides 2. Le coût de la résistance • En l’absence de fongicide: l’acquisition de la résistance a-t-elle un « coût » (↘ fitness)? • Mise en évidence de l’existence d’un coût de la résistance: test de compétitivité Mélange de souches de P. infestanssensibles ou résistantes au métalaxylen absence de métalaxyl Disparition des souches résistantes en 8 cycles On peut détecter in vitro un coût de la résistance 50%R 50%S 10%R 90%S (D’après Kadish, 1988)

13. Le fitness et la résistance aux fongicides 2. Le coût de la résistance • Comment expliquer le maintien in natura des souches résistantes? • → Les souches résistantes peuvent-elles améliorer leur fitness? • Expérience d’évolution in vitro chez Aspergillus nidulans: « gain » de la résistance! Coût de la résistance initial Les souches évoluent vers une diminution du coût de la résistance Nouvelles mutations améliorant le fitness (D’après Schoustra, 2006)

14. Présentation et objectifs du sujet de stage Contexte scientifique Cycle biologique de Plasmopara viticola • Straménopiles (algues brunes) • Oomycètes, parasite biotrophe • Introduction en 1878

15. Présentation et objectifs du sujet de stage Contexte scientifique Famoxadone = QoI appliqué massivement depuis 1996 Espace intermembranaire mitochondrial site Qo H+ H+ H+ Cytc Q 3 2 1 NADH + H+ ½O2 + 2H+ NAD+ H2O Matrice mitochondriale Transport d’éléctrons Complexe I 1 Cytochrome bc1 (complexe II) 2 Cytochrome oxydase (complexe III) 3

16. Présentation et objectifs du sujet de stage Contexte scientifique • Apparition rapide de souches résistantes • Mutations SNPs (ex: G143A) au niveau du gène mitochondrial du cytochrome b • Objectif général: acquisition de connaissances sur la dispersion et le maintien des souches résistantes en conditions naturelles L’objectif de mon stage consistera à étudier le fitness et la compétitivité de souches de P viticola sensibles ou résistantes aux fongicides QoIs

17. Présentation et objectifs du sujet de stage Objectifs et méthodes • 1er axe: caractérisation des souches Collection d’isolats sensibles et résistants CAPS (cleavedamplifiedpolymorphismsequence) + profils microsatellites Tests de sensibilité à des QoIs (CI50, CMI) Caractérisation phénotypique Caractérisation génotypique

18. Présentation et objectifs du sujet de stage Objectifs et méthodes • 2ème axe: étude du fitness PCR quantitative Test biologique Temps de latence Test d’infectiosité Taux de sporulation Test de compétitivité des souches R et S Mesure du fitness des souches R et S Détection d’un éventuel coût de la résistance?

19. Le fitness dans la relation hôte-pathogène 1. Sélection naturelle et limitation du fitness • Mutants perte de fonction • → Augmentation de la virulence (« hypervirulence ») • Découverte de gènes d’anti-virulence • Comment expliquer l’existence de ces gènes? • Préservation de l’hôte (coévolution) • Sélection stabilisatrice éliminant les phénotypes extrêmes Streptococcus pyogenes Supposé chez champignon mais non démontré Vérifier rôle de ptéridine reductase)