Adaptation des champignons phytopathogènes aux contraintes biotiques et abiotiques:

Etude du fitness

Rapport bibliographique Master 2 GDP 2006-2007

Etudiant: Pierre AbadieLaboratoire d’accueil: Inra Bordeaux, UMR Santé Végétale

Responsable: Marie-France Corio-Costet

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

Problématique

Quels sont les apports de l’étude du fitness des champignons phytopathogènes à la compréhension des maladies et de

leur évolution?

• 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?

Plan de l’exposé

I. Définitions et mesures du fitness

II. Le fitness dans la relation hôte-pathogène

III. Le fitness et la résistance aux fongicides

IV. Présentation et objectifs du sujet de stage

I. Définitions et mesures du fitness1. 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

I. Définitions et mesures du fitness2. 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

I. Définitions et mesures du fitness2. 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

II. Le fitness dans la relation hôte-pathogène

II. Le fitness dans la relation hôte-pathogèneFitness et spéciation

Existence d’une différence de fitness

Des analyses génétiques montrent une différenciation génétique supposée conduire à la spéciation

• Chez Phytophthora infestans:

(D’après Lebreton, 1999)

III. Le fitness et la résistance aux fongicides

III. Le fitness et la résistance aux fongicides1. 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)

III. Le fitness et la résistance aux fongicides2. 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 compétitivitéMélange de souches de P. infestans

sensibles ou résistantes au métalaxyl en absence de métalaxyl

50%R 50%S

10%R 90%S

Disparition des souches résistantes

en 8 cycles

On peut détecter in vitro un coût de la

résistance

(D’après Kadish, 1988)

III. Le fitness et la résistance aux fongicides2. 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:

Coût de la résistance

initial

Nouvelles mutations améliorant le fitness

« gain » de la résistance!

Les souches évoluent vers une

diminution du coût de la résistance

(D’après Schoustra, 2006)

IV. Présentation et objectifs du sujet de stageContexte scientifique

Cycle biologique de Plasmopara viticola

• Straménopiles (algues brunes)

• Oomycètes, parasite biotrophe

• Introduction en 1878

IV. Présentation et objectifs du sujet de stageContexte scientifique

Q

Cytc

H+ H+ H+

H2O½O2 + 2H+

Espace intermembranaire mitochondrial

Transport d’éléctrons

NAD+NADH + H+

Matrice mitochondriale

1 2 3

12

3

Complexe I

Cytochrome bc1 (complexe II)Cytochrome oxydase (complexe III)

site Qo

Famoxadone = QoI appliqué massivement depuis 1996

IV. Présentation et objectifs du sujet de stageContexte 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

IV. Présentation et objectifs du sujet de stageObjectifs et méthodes

• 1er axe: caractérisation des souches

Collection d’isolats sensibles et résistants

Tests de sensibilité à des QoIs(CI50, CMI)

CAPS (cleaved amplified polymorphism sequence) + profils microsatellites

Caractérisation phénotypique Caractérisation génotypique

IV. Présentation et objectifs du sujet de stageObjectifs et méthodes

• 2ème axe: étude du fitness

Temps de latence Test d’infectiosité Taux de sporulation

Mesure du fitness des souches R et S

PCR quantitativeTest biologique

Test de compétitivité des souches R et S

Détection d’un éventuel coût de la résistance?

II. Le fitness dans la relation hôte-pathogène1. Sélection naturelle et limitation du fitness

Streptococcus pyogenes

• 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

Supposé chez champignon mais non démontré

Vérifier rôle de ptéridine reductase)