Thèse Année : 2024

Genetic and molecular analysis of plant-plant interactions modulating susceptibility to Septoria tritici blotch in intraspecific wheat mixtures

Analyse génétique et moléculaire des interactions plante-plante modulant la sensibilité à la septoriose dans des mélanges intraspécifiques de blé

Résumé

Cultivar mixtures are increasingly recognized for their potential to enhance yield stability and reduce disease severity in crops, making them a growing practice and an increasingly studied research topic. While reduced plant susceptibility to pathogens in mixtures has traditionally been attributed to epidemiological processes, a novel mechanism involving plant-plant interactions has recently been identified as a modulator of disease severity. This thesis aims to uncover the physiological and genetic drivers behind these interactions, with a focus on how wheat susceptibility to Zymoseptoria tritici is modulated in binary mixtures. To achieve this, this thesis investigates the genetic determinants of plant-plant interactions, analyzes wheat responses to neighboring plants, and identifies the nature of signals exchanged between plants in intraspecific wheat mixtures. This work is part of the national research project MoBiDiv (MObilizing and Breeding Intra and inter-specific crop DIVersity for a systemic change towards pesticide-free agriculture). By employing a novel deep-learning-based image analysis, we first confirmed the hypothesis that wheat varietal mixtures modulate Septoria severity through specific plant-plant interactions, affecting the mean and variance of symptoms. Secondly, we developed a novel GWAS approach to simultaneously analyze the two plants composing the mixture, thereby enabling the detection of allelic interactions between different loci. This first co-GWAS between two plants allowed the identification of intergenomic epistatic interactions with significant effects on Septoria severity and biomass. Finally, we demonstrated that in two binary mixture models, the modulation of severity to Septoria is associated with transcriptomic and metabolomic changes due to root signals from a specific neighboring genotype. The findings provide novel insights into the complex architecture of plant-plant interactions in wheat mixtures, offering promising prospects for the improvement of mixture design with the objective of optimizing disease resistance and crop performance.

Les mélanges variétaux sont de plus en plus reconnus pour leur potentiel à améliorer la stabilité des rendements et à réduire la sévérité des maladies, ce qui en fait une pratique en forte croissance et un sujet de recherche en plein essor. Alors que la réduction de la sensibilité des plantes aux pathogènes dans les mélanges a traditionnellement été attribuée à des processus épidémiologiques, un nouveau mécanisme impliquant des interactions plante-plante a récemment été identifié comme modulateur de la sévérité des maladies. Cette thèse vise à élucider les mécanismes physiologiques et génétiques sous-jacents à ces interactions, en se concentrant sur comment la sensibilité du blé à Zymoseptoria tritici est modulée dans les mélanges binaires. Pour cela, cette thèse explore les déterminants génétiques des interactions entre plantes, analyse les réponses du blé à ses voisins, et identifie la nature des signaux échangés entre plantes dans les mélanges intraspécifiques de blé. Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet national de recherche MoBiDiv (mobiliser et sélectionner la diversité cultivée intra et inter-spécifique pour un changement systémique vers une agriculture sans pesticide). Grâce à une nouvelle méthode d’analyse d'images basée sur du deep learning, nous avons d'abord confirmé l'hypothèse selon laquelle les mélanges variétaux de blé modulent la sévérité de la septoriose par des interactions plante-plante spécifiques, affectant la moyenne et la variance des symptômes. Ensuite, nous avons développé une approche innovante de GWAS permettant d’analyser simultanément les deux plantes composant le mélange, ce qui a rendu possible la detection d’interactions alléliques entre différents loci. Cette première co-GWAS entre deux plantes a permis l'identification d’interactions épistatiques intergénomiques ayant des effets significatifs sur la sévérité de la septoriose et la biomasse. Enfin, nous avons démontré que, dans deux modèles de mélange binaire, la modulation de la sévérité de la septoriose est associée à des changements transcriptomiques et métabolomiques induits par des signaux racinaires d’un génotype voisin particulier. Ces résultats fournissent de nouvelles connaissances sur l’architecture complexe des interactions plante-plante dans les mélanges de blé et ouvrent des perspectives prometteuses pour améliorer la conception des mélanges, dans le but d’optimiser la résistance aux maladies et les performances des cultures.

Fichier principal
Vignette du fichier
Manuscript_Laura_MATHIEU.pdf (34.43 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence

Dates et versions

tel-04957472 , version 1 (19-02-2025)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-04957472 , version 1

Citer

Laura Mathieu. Genetic and molecular analysis of plant-plant interactions modulating susceptibility to Septoria tritici blotch in intraspecific wheat mixtures. Vegetal Biology. Institut Agro - Montpellier, 2024. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04957472⟩
435 Consultations
69 Téléchargements

Partager

  • More