Caractérisation de R1 et Rus : deux loci de résistance à la rouille foliaire sur le chromosome 19 du peuplier, Characterization of R1 and Rus : two loci for resistance to leaf rust on chromosome 19 poplar

Aloïs Bresson

Description

Sous la direction de Boulos Chalhoub
Thèse soutenue le 11 janvier 2011: Evry-Val d'Essonne
La rouille foliaire causée par le champignon Melampsora larici-populina (Mlp) est l’une des principales maladies affectant les peupleraies cultivées en Europe. Dans une population en ségrégation Populus deltoides x P. trichocarpa, un QTL majeur (RUS) a été caractérisé. Ce locus, hérité de P. trichocarpa, contrôle la taille des sores lors de l’infection, paramètre quantitatif de la résistance à Mlp. Ce locus avait été cartographié sur l’extrémité du chromosome 19. Cette région génomique regroupe plusieurs dizaines de gènes (cluster) qui codent des protéines avec les domaines Nucleotide Binding Site (NBS) et Leucine Rich Repeats (LRR). Cette étude porte sur la cartographie génétique et physique du locus RUS, avec l’aide du génome de P. trichocarpa. La première tâche a été d’ordonner correctement les séquences de l’extrémité du chromosome 19. Les cartes physiques locales pour chacun des haplotypes autour du locus RUS ont été construites à partir d’une banque d’ADN de grand fragment (BAC) de l’individu parent P. trichocarpa. Elles regroupent la plus grande partie du cluster de gènes NBS-LRR. La carte génétique fine a été construite avec une population en ségrégation de 2 144 individus. Le locus RUS a été cartographié sur une dans un intervalle de 0,14 cM. Le séquençage de clones BAC a permis d’identifier un seul gène NBS-LRR candidat. Dans la même population, un second locus (R1) de résistance à Mlp, a été caractérisé sur la même extrémité du chromosome 19. Il contrôle une résistance qualitative, hérité de P. deltoides. La microsynthénie entre les deux espèces a été utilisée pour cartographier finement ce locus dans un intervalle de 0,66 cM. Cette cartographie comparée a permis aussi de déterminer que R1 et RUS sont deux loci indépendants.
-Gènes de résistance
Leaf rust caused by the fungus Melampsora larici-populina (Mlp) is one of the major diseases affecting poplar cultivation in Europe. In a segregating population Populus deltoides x P. trichocarpa, a major QTL (RUS) has been characterized. This locus inherited from P. trichocarpa, controls the size of uredinia during the infection, a parameter of quantitative resistance to Mlp. This locus was mapped on the top of chromosome 19. This genomic region contains several tens of genes arranged in cluster that encode proteins with domains Nucleotide Binding Site (NBS) and Leucine Rich Repeats (LRR). This study focuses on genetic and physical mapping of the RUS locus, with the help of the genome of P. trichocarpa. The first task was to order the correct sequence of the top of chromosome 19. Local physical maps for each haplotypes around the RUS locus were constructed from a DNA library of large fragment (BAC) of the individual parent P. trichocarpa. They comprise the largest part of the cluster of NBS-LRR genes. The fine genetic map was constructed with a segregating population of 2 144 individuals. The locus was mapped on RUS in an interval of 0.14 cM. The sequencing of BAC clones identified a single NBS-LRR candidate gene. In the same population, a second locus (R1) of Mlp resistance was characterized at the same extremity of chromosome 19. It controls a qualitative resistance inherited from P. deltoides. Microsynteny between the two species was used to finely map this locus in an interval of 0.66 cM. This comparative mapping has also determined that R1 and RUS are two independent loci.
Source: http://www.theses.fr/2010EVRY0043/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 34
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Ecole doctorale DES GENOMES AUX ORGANISMES



Thèse

Présenté pour l’obtention du titre de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE D’EVRY-VAL-D’ESSONNE

En BIOLOGIE MOLECULAIRE

Par BRESSON Aloïs









Caractérisation de R et R : deux loci 1 US
de résistance à la rouille foliaire sur le
chromosome 19 du peuplier



Soutenance publique le 11 Janvier 2011



Membres du jury :

Rapporteurs :
Lefebvre Véronique Directeur de recherches, INRA d’Avignon
Prat Daniel Professeur de l’université de Lyon 1

Examinateurs :
Bastien Catherine Directeur de recherches, INRA d’Orléans
Duplessis Sébastien Chargé de recherches, INRA de Nancy
Sturbois Bénédicte Professeur de l’université d’Evry
Chalhoub Boulos Directeur de recherches, INRA d’Evry (Directeur de thèse)
Faivre Rampant Patricia Chargé de recherches, INRA d’Evry (Encadrant)

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES ...................................................................... 5
LISTE DES TABLEAUX . 7
LISTE DES ANNEXES .... 7
REMERCIEMENTS ......... 8


Partie I
INTRODUCTION

1 Introduction générale .................................................................. 12
2 Les Peupliers ................ 12
2.1 Description botanique ............................. 12
2.2 Les cultures de peupliers ......................... 14
2.3 Un arbre modèle pour la génomique des arbres forestiers .................................... 16
3 Les rouilles foliaires des peupliers .............................................. 19
3.1 Les maladies du peuplier ......................................................... 19
3.2 Melampsora larici-populina ..................................................... 20
3.3 Mlp dans les peupleraies cultivées ........................................... 22
3.4 Un pathosystème modèle ......................... 25
4 Concepts de la résistance des plantes aux agents pathogènes ... 25
4.1 Quelques définitions ................................................................................................ 26
4.2 Résistance constitutive............................. 26
4.3 Résistance induite .... 26
5 Les gènes de résistance ................................................................ 30
5.1 Les différentes catégories de gènes R ...... 30
5.2 Les gènes de type NBS-LRR ................... 31
5.3 Organisation des gènes NBS-LRR .......... 34
5.4 Évolution des gènes NBS-LRR ................ 36
6 Génétique de la résistance aux rouilles foliaires du peuplier.... 37
6.1 Résistance qualitative et résistance quantitative .................................................... 37
6.2 Les loci de résistance qualitative à Mlp ................................... 38
6.3 Un locus de résistance quantitative à Mlp : R ..................... 41 US
7 Objectifs ....................................................................................... 42
7.1 Les objectifs de recherche de l’INRA ..................................... 42
7.2 Les objectifs de cette thèse ...................... 43




1 Partie II
MATERIELS ET METHODES

1 Matériel Biologique ..................................................................... 46
1.1 Famille 54................................................. 46
1.2 Clone Nisqually-1 .... 46
1.3 Melampsora larici-populina ..................... 46
2 Ressources Génomiques .............................................................. 47
2.1 Banque BAC de l’individu 101-74 P. trichocarpa ................................................... 47
2.2 Séquences d’extrémité des clones BAC ................................... 48
3 Méthodes ...................................................... 48
3.1 Méthode générale .................................... 48
3.2 Evaluation de la résistance à Mlp ............................................ 49
3.3 Développement de marqueurs ................ 50
3.4 Réactions PCR et électrophorèse ............ 54
3.5 Cartographie génétique ........................................................................................... 56
3.6 Cartographie physique ............................ 58
3.7 Analyse de séquences ............................... 62


Partie III
ORGANISATION STRUCTURALE DE L’EXTREMITE DU
CHROMOSOME 19

1 Introduction ................................................................................. 65
1.1 Vers le clonage positionnel de R .......................................... 65 US
1.2 Vers le clonage positionnel de R ............ 65 1
2 Résultats ....................... 66
2.1 Séquence du génome de Nisqually-1 ....... 66
2.2 Développement de marqueurs ................................................................................ 70
2.3 Test des couples d’amorces ..................... 71
2.4 Cartographie génétique de la famille 54 ................................................................. 74
2.5 Cartographie physique de l’individu 101-74 .......................... 80
2.6 Caractéristiques de la zone génomique ... 86
2.7 Vers le clonage positionnel de R et R .. 88 US 1







2 Partie IV
CLONAGE POSITIONNEL DES LOCI DE RESISTANCE

1 Le clonage positionnel du locus R ........................................... 91 US
1.1 Séquençage des clones BAC .................................................... 91
1.2 Cartographie génétique fine de R ........ 96 US
1.3 Caractérisation de l’allèle candidat pour le locus R............ 98 US
2 Vers le clonage positionnel du locus R .... 101 1
2.1 Cartographie génétique fine du locus R .............................................................. 102 1
2.2 Cartographie comparée ......................................................... 103


Partie V
DISCUSSION GENERALE

1 Clonage positionnel des loci de résistance ................................ 105
1.1 Développement de marqueurs .............................................. 105
1.2 Utilité des cartes génétiques .................. 106
1.3 Utilité de la banque BAC et des cartes physiques ................ 110
1.4 Variation du taux de recombinaison ..................................... 111
1.5 Distorsions de ségrégation ..................................................................................... 112
2 Le séquençage de génome ......................... 112
2.1 Les erreurs d’assemblage de la séquence du génome ........... 112
2.2 Les zones complexes dans le séquençage de génome ............................................ 114
3 Les loci de résistance ................................. 115
3.1 Le locus R ........... 115 US
3.2 Le locus R ............................................. 118 1
3.3 R et R : deux loci différents............................................... 119 US 1
3.4 Le locus MER ......................................... 120
4 Cluster de gènes R ..................................... 121
4.1 Un super cluster de gène R .................... 121
4.2 L’évolution des gènes NBS-LRR ........................................... 121
4.3 Les éléments transposables ................... 123








3
Partie VI
PERSPECTIVES GENERALES

1 Validation fonctionnelle du gène candidat R ........................ 125 US
2 Compréhension des mécanismes de cette résistance ............... 126
2.1 Etude de l’expression du gène candidat................................................................ 126
2.2 Domaine NLS ......................................... 126
2.3 Domaine LRR ........ 127
2.4 Etude des éléments transposables ......................................................................... 127
2.5 Génotype [R /R ] ................................ 127 US US
3 L’interaction peuplier-Mlp ....................... 128
4 Etude du locus R dans les populations naturelles de P. tricho-US
carpa ............................................................................................... 128
5 Vers le clonage positionnel de R .............................................. 129 1
5.1 Développement de nouveaux marqueurs génétiques ........... 129
5.2 Clonage physique de l’allèle R ............. 129 1
6 Y a-t-il d’autres gènes proches des loci responsables de rési