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DETERMINISME GENETIQUE DE LA RESISTANCE AUX PATHOGENES.

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1 DETERMINISME GENETIQUE DE LA RESISTANCE AUX PATHOGENES

2 Résistance = peu ou pas de pathogène; peu ou pas de symptômes et deffet sur lhôte Sensibilité = pathogène se multiplie facilement dans lhôte, la plante hôte en est affectée (symptômes) Agressivitétolérance Interaction incompatible Interaction compatible Résistance ou le concept dinteraction compatible / incompatible

3 2-1 Un gène dominant ? RRxrr F1 Rr 100% résistants F2 ¼ RR½ Rr ¼ rr¾ résistants¼ sensibles Parents homozygotes Rrxrr F1Rrrr 50% résistants 50% sensibles F2 ¼ RR ½ Rr¼ rr¾ résistants¼ sensibles Parent résistant hétérozygote

4 Cas des plantes strictement allogames ou auto-incompatibles : Rrxrr F1Rrrr 50% résistants 50% sensibles F2 ¼ RR ½ Rr¼ rr¾ résistants¼ sensibles x Le rétrocroisement avec le parent résistant

5 = Résistance spécifique ou verticale fait intervenir deux facteurs, lun de lhôte (R), lautre du pathogène (Avr)

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7 Résistance ou interaction incompatible liée à la reconnaissance précoce et linteraction entre le produit du gène R et le produit du gène davirulence ~ modèle « éliciteur / récepteur » éliciteur, produit par le pathogène et reconnue par la plante hôte Voie de transduction de signaux Gène Avr Pathogène Hôte Gène R récepteur Membrane plasmique, cellule hôte

8 Cytoplasme Mbne plasmique 4 à 5 classes de gènes codant pour des protéines type R Domaines TIR NBS LRR RPS2 Mi LZ N L6 Intracellular receptors Cf Recepteur LRR Apoplasme Ser/thr kinase Domaine NBS Xa21 Recepteur Kinase Pto Kinase

9 Environ 200 gènes de R dans le génome d'Arabidopsis (0.5-1% des gènes) Arrangement en clusters

10 Résistance aux virus (poivron), nématodes (pomme de terre) et champignons (tomate) Résistance Virus, oomycètes (tomate), champ et nématodes (P de T), champ et virus (poivron) Conservation des positions des clusters de gènes R mais pas de conservation sur la spécificité biologique (résistance à un type de pathogène)

11 2-2 Un gène récessif ? ssxSS F1 Ss 100% sensibles F2 ¼ SS½ Ss ¼ ss¼ résistants¾ sensibles Parents homozygotes sensiblerésistant ssxSs F1Ssss 50% sensibles 50% résistants F2 ss100% résistants Parent sensible hétérozygote résistantsensible = résistants

12 Cas des plantes strictement allogames ou auto-incompatibles : ssxSs F1Ssss 50% sensibles 50% résistants résistantsensible F2 ss100% résistants x Le rétrocroisement avec le parent résistant

13 Résistance monogénique récessive Résistance liée à la perte dun facteur de sensibilité chez la plante hôte >>> facteur eIF4E Produit de l'allèle de sensibilité (dominant) est un régulateur négatif des mécanismes de défense >>> mlo Résistance = Perte dune fonction de lhôte impliquée dans une interaction spécifique avec un facteur du pathogène Résistance = Absence / suppression de cet inhibiteur du système de défense de la plante hôte

14 Cas du facteur dinitiation de la traduction, eIF4E : gène de résistance récessif aux potyvirus eIF4G eIF4E eIF4A Complexe eIF4F = complexe dinitiation de la traduction des protéines cellulaires Interaction diff. protéines dont eIF4A, eIF4E et PABP eIF4G eIF4E 4A PABP eIF3 Petite sous-unité ribosome 40S coiffe polyA

15 eIF4E place le complexe dinitiation sur la région 5UTR de lARNm et eIF3 place le ribosome en amont de lAUG eIF4G eIF4E 4A eIF3 m7G AUG AAA eIF4G eIF4E 4A eIF3 m7G AUG AAA 40S 4A PABP eIF4E eIF3 m7G 40S AAA 4A PABP eIF4E eIF3 m7G AAA 60S 40S 60S 4A PABP eIF4E eIF3 m7G 40S AAA Protéine de novo

16 Sensibilité de la plante hôte aux potyvirus par détournement du complexe dinitiation de la traduction 4A PABP eIF4E eIF3 40S AAA 60S 4A PABP eIF4E eIF3 40S Protéines virales de novo 4A PABP eIF4E eIF3 AAA 60S 40S VPg AAA ARN viral code pour une polyprotéine, comprend une protéine analogue de la coiffe en 5 (VPg) et une queue de polyA en 3 Synthèse des protéines virales par le complexe cellulaire

17 Résistance récessive sexplique lorsque le virus ne peut plus recruter le complexe cellulaire pour la traduction de ses propres protéines 4A eIF4G eIF4E eIF3 eIF4E Gène codant pour la protéine eIF4E (ou son isoforme) muté au niveau des sites dinteraction avec la VPg m7G AUG AAA Synthèse des protéines cellulaires VPg AAA Pas de synthèse des protéines virales

18 3- Résistance aux pathogènes : déterminisme complexe Résistance contrôlée par plusieurs gènes avec des variations quantitatives ~ quantitative trait loci (QTL) Il existe en général des différences importantes dans la sensibilité (effets quantitatifs). Plusieurs locus en ségrégation influencent la variation du caractère, à laquelle des effets de milieu peuvent également contribuer.

19 QTL * À effet additif Répond à une loi normale Fréquence Valeur du caractère Plusieurs régions génomiques, indépendantes, mais la somme de leurs effets explique le phénotype (résistance) 1+2+3>>> 1+2 >>1 ou 2 ou 3 seuls

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21 * À effet épistasique QTL + ou - Ne répond pas à une loi normale Ou lécart à la normalité …… Valeur du caractère Fréquence

22 Epistasie engendre des ratios phénotypiques modifiés

23 Evolution des gènes de R : une course entre la plante et le pathogène (coévolution)

24 Pathogène P1 infecte lhôte B mais pas A B A Hôte P1P2Pathogène Pathogène P2 infecte lhôte A mais pas B Plusieurs gènes de résistance possibles, distincts, chacun entraînant une résistance verticale à un pathotype donné du même pathogène Exemple résistance à la rouille foliaire chez le blé peut impliquer jusquà 50 gènes R (Lr) différents (Feuillet et al., PNAS, 2003)

25 Gènes de résistance différents car : - Propriétés biologiques différentes (résistance à des pathotypes différents) ET - Gènes de résistance appartiennent à des locus différents, ou au même groupe de gènes (cluster) mais ce sont des gènes de résistance différents, ou même gène de résistance mais avec des variations allèliques expliquant les propriétés biologiques différentes Le test dallélisme R1R1xR2R2 Un gène ou deux gènes distincts ?

26 R1R1xR2R2 R1 = R2 F1 R1R2 R1R1 ¼ résistants P1 R1R2 ½ résistants P1 et P2 R2R2 ¼ résistants P2 F2 R1 = R2 R1r1R2r2 9/16 résistants P1 et P2 3/16 résistants P2, sensibles à P1 3/16 résistants P1, sensibles à P2 1/16 sensibles à P1 et P2 Test dallélisme Test important et indispensable dans le cadre dune gestion durable de la résistance (cumul des résistances)

27 5- LE MARQUAGE DES GENES / QTL MAJEURS - Les lignées (quasi)isogéniques - La BSA (Bulk Segregant Analysis)

28 Lignées quasi-isogéniques = Lignées qui ont le même génotype, à lexception dun locus qui a fixé des allèles différents ou fixation des recombinaisons à létat homozygote RDRRDRRDR marqueurABC Locus marqueur C lié au gène introduit à partir de D F1 F2 LR Parents X

29 La BSA AABBAB ABAB … plus recombinants sensibles A B A0A0 B0B0 A B RR Bulk résistantBulk sensible F2 rr … plus recombinants résistants Rr A BB0B0 F1 A0A0 autofécondation A B A0A0 B0B0 R = gène majeur X Le marqueur A est lié au caractère qualitatif évalué mais pas B

30 6- La cartographie de locus contrôlant la variation des caractères quantitatifs fondée sur la recherche de déséquilibres de liaisons entre locus marqueurs (moléculaires pplment car ninterfèrent pas avec le caractère quantitatif et peuvent saturer le génome) et locus contrôlant les caractères quantitatifs. On recherche, par analyse de variance ou test de Student, une relation entre le génotype de chaque locus marqueur et la valeur du caractère quantitatif étudié

31 Pour cartographier des QTLs, il faut : 1) Disposer dune descendance en ségrégation (pour avoir une relation entre déséquilibre de liaison et distance génétique) 2) « Génotyper » lensemble des individus de la descendance 3) Mesurer la valeur du caractère quantitatif pour tous les individus de la descendance 4) Analyse statistique pour rechercher les locus marqueurs dont le génotype est corrélé au caractère

32 Génotypage na L1240 mga b45 P 3x mo va30 Pac10 nb X sensible résistant QTL 12 mga 1 /mga 1 mga 2 /mga 1 mga 2 /mga 2 Exemple génotypage On effectue une moyenne de chaque classe pour le caractère quantitatif étudié et une analyse de variance pour rechercher sil y a des différences significatives entre ces moyennes Différences significatives = Association entre les marqueurs mga, P3x et le caractère quantitatif étudié Différences non significatives = Non association entre les marqueurs b45, mo … et le caractère quantitatif étudié Individus F2 Détection de QTL marqueur par marqueur

33 Détection de QTL marqueur par marqueur : simple mais problème si faible densité de marqueurs sur la carte génétique …. Détection de QTL à partir de plusieurs marqueurs ou Cartographie dintervalle Teste la présence dun QTL dans un intervalle entre deux marqueurs par le calcul du LOD score = logarithme décimal du rapport de vraisemblance ou probabilité de présence dun QTL sur un intervalle sur la probabilité de labsence de ce QTL Ex: LOD 2 signifie que la présence dun QTL en un point donné est 100 fois plus probable que son absence; LOD 3 = 1000 fois …

34 Cartographie fine des QTLs Effectif des descendances classiquement utilisées ne permettent pas une précision de la position des QTL inférieure à cM (> centaines de gènes).

35 Cartographie fine de QTLs Marqueurs moléculaires Phénotype S1, S2 S1, R2 S1, S2 R1, R2 R1, S2 QTL1 se place entre m1 et m2 QTL2 entre m5 et m6 Si on augmente le nombre de lignées analysées et le nombre de marqueurs placés (donc le nombre dévénements de recombinaison observés), on affine la position des QTLs F1 F2 Puis autofécondations / backcross à partir chaque individu F2 X sensible résistant AB QTL1 QTL2 R1, R2S1, S2 Lignées recombinantes, (quasi)isogéniques Lignées IIIIIIIVVVI


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