Influence des processus démographiques sur la structure et les caractéristiques génétiques des champignons phytopathogènes : cas de l'agent de la rouille du peuplier Melampsora larici-populina, Impact of demographic processes on population structure and genetic characteristics of fungal plant pathogens : a case study with the poplar rust fungus Melampsora larici-populina

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Faculté des Sciences et Technologies
Ecole doctorale Ressources Procédés Produits Environnement
Département de Formation Doctorale Sciences Agronomiques et Forestières, Biologie et Ecologie,
Biotechnologies
Spécialité Biologie Végétale et Forestière



Thèse

Présentée pour l’obtention du titre de

Docteur de l’université Henri Poincaré, Nancy I

Par

Constance XHAARD


Influence des processus démographiques sur la structure et les
caractéristiques génétiques des champignons phytopathogènes,
cas de l’agent de la rouille du peuplier Melampsora larici-populina

Date prévisionnelle de soutenance le 23 juin 2011

Composition du jury

Jean-François COSSON Directeur de Recherche Rapporteur
Richard HAMELIN Directeur de Recherche Rapporteur
Eric GELHAYE Professeur Examinateur
Lydia BOUSSET Chargée de Recherche Examinatrice
Benoit MARCAIS Directeur de Recherche Directeur de thèse


Membres invités

Pascal Frey Chargé de Recherche Co-directeur
Fabien Halkett Chargé de Recherche Co-directeur

UMR 1136 INRA / UHP, Interactions Arbres / Microorganismes, Ecologie des Champignons
Pathogènes Forestiers
Centre INRA de Nancy, Champenoux
REMERCIEMENTS



Mes plus sincères remerciements vont à Pascal Frey et à Fabien Halkett, ils m’ont donné la
possibilité d’effectuer cette thèse et m’ont encadrée et supportée durant ces quatre années. Je
remercie Pascal pour son dynamisme, sa bonne humeur et ses connaissances sur Mlp ; et
Fabien pour sa disponibilité, son partage de connaissances sur la génétique des populations et
d’avoir maintenu mon moral grâce à quelques tablettes de chocolat.

Je remercie également Jean-François Cosson et Richard Hamelin pour avoir accepté le rôle de
rapporteurs et Lydia Bousset et Eric Gelhaye qui ont bien voulu participer à mon jury de
thèse.

J’adresse aussi mes remerciements aux membres de mes comités de thèse, Cyril Dutech,
Etienne Klein, Jérôme Enjalbert et Pierre Gladieux, qui, grâce à leurs regards extérieurs,
m’ont fourni de bons conseils.

Une collaboration pour un travail de modélisation a été initiée avec Frédéric Fabre et Samuel
Soubeyrand, je les remercie vivement de leur accueil chaleureux à Avignon et de m’avoir fait
profiter de leurs talents de modélisateurs.

Il m’est impossible d’oublier tous les membres de l’équipe de pathologie forestière qui m’ont
accueillie pendant la durée de cette thèse, ceux qui m’ont accompagnée au cours des tournées
dans la Durance, ainsi que ceux qui ont accepté de garder Stan pendant mes absences. Je
remercie donc chaleureusement Benoît, Claude, Marie-Claude, Olivier, sans oublier Béranger
et Christine. Je remercie plus spécialement Axelle sans qui une partie de l’acquisition des
données n’aurait pas été possible et Bénédicte pour m’avoir embauchée comme secrétaire et
pour toutes les discussions autours d’un thé.
Je n’oublie pas non plus les autres doctorants, stagiaires ou contractuels, dont certains sont
devenus des amis.
La bonne humeur installée dans cette équipe a largement contribué au bon déroulement de
cette thèse.

Je tiens également à remercier mes amis lorrains qui m’ont accueillie dans leur région, en
particulier grâce à Kiwi qui m’a aidé à me créer de nombreuses amitiés équestres. Et les non-
lorrains qui ne m’ont pas oubliée pour autant. Une attention spéciale à ma famille, mes
parents et mes sœurs, pour leur soutien inconditionnel, malgré qu’ils aient souvent été
témoins de mes sautes d’humeurs.

Enfin, je remercie Germain pour tout ce qu’il représente.



SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE…………………………………………..4

1. Biologie des populations des agents phytopathogènes……………...……..4

1.1. L’épidémiologie…………………………………………………………………..4

1. 2. Les apports de la génétique des populations pour l’étude des
champignons phytopathogènes………………………………………………...…….5
1.2.1. Principes de la génétique des populations………………………...……..5
1.2.2. La génétique des populations chez les champignons phytopathogènes....6

2. Le pathosystème Rouille / Peuplier……………………………………..…..9

2.1. Melampsora larici-populina, l’agent de la rouille du peuplier…………………9
2.1.1. Biologie de M. larici-populina…………………………………………..9
2.1.2. Cycle de vie de M. larici-populina………………………………………9
2.2. L’hôte écidien, le mélèze………………………………………………………..10
2.3. L’hôte télien, le peuplier………………………………………………………..11
2.3.1. Peuplier noir……………………………………………………………11
2.3.2. Peupliers cultivés……………………………………………………….11
2.4. Etat des connaissances sur la structure des populations de
M. larici-populina…………………………………………………………………….12
2.5. Le site de la vallée de la Durance………………………………………………13

OBJECTIFS DE LA THESE……………………………………………15

MATERIEL ET METHODES………………………………………….17

1. Introduction : méthodes de biologie moléculaire et principes des
analyses de génétique des populations réalisées…………………………….17

2. Développement de nouveaux marqueurs microsatellites………………...19

ARTICLE 1 : CHARACTERIZATION OF 41 MICROSATELLITES LOCI DEVELOPED FROM
THE GENOME SEQUENCE OF THE POPLAR RUST FUNGUS, MELAMPSORA
LARICI-POPULINA……………………………………………………………………....19
Article publié en 2009 dans la revue Conservation Genetics Resources 1 : 21-25

3. Les assignations Bayésiennes………………………………………………23

3.1. Définir des populations…………………………………………………………23
3.2. Les programmes d’assignation………………………………………………...24
3.3. Méthodes alternatives…………………………………………………………..27
3.4. Programmes utilisés…………………………………………………………….27

RESULTATS…………………………………………………….……29

Chapitre 1 : Influence de la présence de l’hôte cultivé sur la
structure génétique de Melampsora larici-populina sur son hôte
sauvage en France……………………………………………………….……29

ARTICLE 2 : THE GENETIC STRUCTURE OF THE PLANT PATHOGENIC FUNGUS
MELAMPSORA LARICI-POPULINA ON ITS WILD HOST IS EXTENSIVELY IMPACTED
BY HOST DOMESTICATION……………………………………………………………..30
Article accepté dans Molecular Ecology

2
Sommaire
Chapitre 2 : Structure génétique spatiale de Melampsora larici-populina
dans la zone de sympatrie peuplier-mélèze…………………………….……60

ARTICLE 3 : THE WEST SIDE STORY OF A PLANT PATHOGEN: LANDSCAPE
GENETICS OF THE POPLAR RUST FUNGUS IN THE FRENCH ALPS……………………….61
Article en préparation

Chapitre 3 : Mise en évidence de deux épidémies simultanées de
rouille du peuplier dans la vallée de la Durance………………………...…..78

ARTICLE 4 : DISENTANGLING PATHOGEN ORIGINS FROM WILD AND CULTIVATED
STANDS AT THE END OF AN EPIDEMIC…………………………………………………79
Article en préparation

Chapitre 4 : Déroulement de l’épidémie dans la vallée de la Durance……99

1. Introduction……………………………………………………………………….99
2. Méthodologie pour le suivi de l’épidémie………………………………………100
3. Résultats………………………………………………………………………….101
4. Perspectives sur la modélisation du déroulement de l’épidémie……………101

Chapitre 5 : Conséquences génétiques de la dispersion de la
rouille du peuplier dans la vallée de la Durance…………………………...102

1. Introduction……………………………………………………………………...102
2. Matériel et Méthodes……………………………………………………………103
3. Résultats………………………………………………………………………….104
4. Discussion………………………………………………………………………...105
5. Conclusion et perspectives………………………………………………………107