Thèse Comprendre la Résistance du Blé Dur aux Mosaïques Virales Bases Génétiques des Interactions et Co-Évolution Plante-Vecteur-Virus. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : AGAP Institut, Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes Direction de la thèse : Nathalie CHANTRET ORCID 0000000225127644 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 Les virus de la mosaïque striée en fuseaux du blé (WSSMV, Bymovirus tritici) et de la mosaïque des céréales (SBCMV, Furovirus cerealis) affectent fortement les cultures de blé tendre et de blé dur (Kühne 2009). Ils entraînent des chloroses foliaires et peuvent réduire les rendements de 50 à 70 % chez les variétés sensibles (Budge et al. 2008; Rubies-Autonell et al. 2003). Ils sont transmis par Polymyxa graminis, un parasite racinaire eucaryote et biotrophe obligatoire, capable de survivre plusieurs années dans le sol sans perdre son pouvoir infectieux (Driskel et al. 2004; Kanyuka et al. 2003). Il n'existe aucun moyen de lutte chimique ou technique, le seul levier possible est le déploiement de variétés résistantes. Si aucune résistance variétale durable n'est actuellement disponible dans les variétés modernes de blé dur (Triticum turgidum ssp. durum), il existe néanmoins des sources de résistance au sein des formes primo-domestiquées du blé dur, T. turgidum ssp. dicoccum, ou amidonnier. Il est donc crucial de caractériser et de comprendre le déterminisme génétique et l'évolution de ces sources de résistance pour pouvoir les utiliser dans les blés durs cultivés.
Ce pathosystème présente l'originalité d'impliquer trois composantes : la plante, le virus et le vecteur du virus, essentiel pour l'établissement de la maladie. Les mécanismes de résistance peuvent donc à la fois avoir lieu directement lors des interactions entre virus et la plante (multiplication ou mouvement du virus), ou entre la plante et le vecteur.
Lors de précédents projets, nous avons identifié plusieurs QTL de résistance aux deux virus dans le génotype d'amidonnier Dic2. Ces QTL couvrent cependant de larges portions de chromosome, contenant de très nombreux gènes, ce qui ne permet pas d'identifier le ou les gènes causaux ni les mécanismes sous-jacents. Par ailleurs, un de ces QTL, efficace en Italie, ne procure pas de résistance en France, sans que ces différences ne soient comprises. Il pourrait s'agir d'un contournement de la résistance par les populations virales françaises, de différences au sein des populations de P. graminis, ou d'effets environnementaux.
L'objectif de la thèse est de mieux comprendre la résistance aux mosaïques virales observée au sein de ce génotype d'amidonnier, Dic2, et de déterminer les facteurs qui expliquent sa structuration géographique. Cette thèse cherchera à répondre à deux questions :
(i) Quel est le déterminisme génétique de la résistance ?
Vous chercherez à identifier les gènes responsables des résistances de Dic2. Vous bénéficierez de ressources génomiques récemment acquises, notamment le génome complet de Dic2, ainsi que de populations recombinantes déjà existantes qui seront élargies pendant la thèse dans le cadre d'un partenariat avec un sélectionneur. Cela permettra d'identifier des recombinants aux différents loci pour réduire les tailles des QTL et identifier les gènes candidats. Il s'agira enfin de caractériser ces gènes candidats (fonction, expression, diversité).
(ii) Quelle est la structuration géographique de la résistance et comment s'explique-t-elle ?
Vous chercherez à expliquer les différences d'efficacité des QTL entre la France et l'Italie en étudiant la diversité virale et la diversité du vecteur. Le séquençage de virus de différentes régions de France a été initié. Les données italiennes devront être acquises pendant la thèse, de même que celles du vecteur P. graminis. Si possible, des données du reste de l'Europe seront également étudiées. En intégrant les composantes génétiques des blés, des virus et du vecteur, vous établirez des hypothèses sur les mécanismes de coévolution tripartites responsables de la variabilité géographique de la résistance.
À terme, ces connaissances contribueront au développement des variétés de blé dur porteuses de résistances durables et adaptées à l'environnement viral et vectoriel dans lequel elles seront déployées, favorisant des systèmes agricoles plus durables.
L'évolution des organismes est contrainte par leurs interactions avec l'environnement mais également avec d'autres espèces avec lesquelles ils interagissent. Dans ce dernier cas on parle de coévolution. Un type de coévolution particulier est celui entre un pathogène et son hôte. Les agents pathogènes de plantes peuvent être de plusieurs types, parmi lesquels les plus importants sont les champignons, les bactéries et les virus. Plusieurs scénarios de coévolution sont décrits entre les gènes de résistance des plantes et leurs pathogènes. Dans une dynamique de « course à l'armement », des épisodes successifs d'innovation et de contournement conduisent à l'accumulation de nouveaux allèles de résistance chez l'hôte et de virulence chez le pathogène (Dawkins et Krebs 1979). À l'inverse, un scénario de « guerre de tranchée » correspond au maintien durable de polymorphismes dans les deux partenaires, sous l'effet d'une sélection balancée et dépendante de la fréquence (Stahl et al. 1999). Le scénario diffère selon le pathosystème étudié et est souvent intermédiaire à ces deux scénarios. Il est également compliqué lorsqu'un troisième partenaire entre en jeu : le vecteur de l'agent pathogène. Lorsque la plante hôte est une culture vivrière, comprendre les mécanismes évolutifs de son interaction avec des agents pathogènes est particulièrement important afin d'établir des stratégies adaptées et agroécologiques de lutte .
Les mosaïques virales du blé, causées par le WSSMV (Bymovirus tritici) et le SBCMV (Furovirus cerealis), représentent un enjeu sanitaire majeur pour la filière céréalière, en particulier en blé dur. Ces virus, transmis par le protiste tellurique Polymyxa graminis, peuvent provoquer des pertes de rendement atteignant 50 à 70 % dans les variétés sensibles (Rubies-Autonell et al. 2003; Budge et al. 2008). Le vecteur, biotrophe obligatoire, est capable de survivre plusieurs années dans le sol (Kanyuka et al. 2003; Driskel et al. 2004), et les conditions automnales plus douces et humides prévues dans les années à venir devraient encore renforcer la prévalence des infections. En zones méditerranéennes et continentales à hivers doux, où le blé dur revêt une importance stratégique, ces maladies constituent un frein majeur à la productivité, à la résilience des systèmes et à la compétitivité des filières. Aujourd'hui, il n'existe pas d'autre moyen de lutte que la résistance variétale.
Contrairement au blé tendre, pour lequel plusieurs résistances majeures contre le WSSMV ont été identifiées (Sbm1 sur le chromosome 5DL et un QTL majeur sur le chromosome 2DL), aucune résistance variétale durable n'est actuellement disponible dans les variétés élites de blé dur. Le QTL Sbm2, localisé sur chromosome 2BS dans la variété italienne Meridiano (Maccaferri et al. 2011; Mario Russo et al. 2012), a été récemment disséqué jusqu'à permettre l'identification de gènes candidats (Bruschi et al. 2024). Malheureusement, cette résistance est largement inefficace en France.
Pour répondre à l'absence de résistance en France, un effort significatif de criblage de blés tétraploïdes a été initié en 2006 à l'UMR AGAP. Ce travail a permis d'identifier trois sources principales de résistance : la variété de blé dur Soldur (T. turgidum subsp. turgidum), ainsi que deux accessions d'amidonnier (T. turgidum subsp. dicoccum), Dic2 et Dc186. D'importants travaux de cartographie génétique sur Soldur et Dic2 ont révélé plusieurs QTL contenant des facteurs génétiques contrôlant la résistance. Soldur porte un QTL majeur de résistance au WSSMV sur le chromosome 7A (résultats non publiés). Dic2 présente deux QTL majeurs contre le WSSMV, situés dans les régions péricentromériques des chromosomes 7A et 7B et fonctionnant en épistasie (Holtz et al. 2017), ainsi que deux loci de résistance au SBCMV : un QTL majeur sur le chromosome 6A, efficace en France et en Italie, et un QTL sur le chromosome 2B, efficace seulement en Italie (résultats non publiés).
L'émergence récente de ressources génomiques stratégiques - notamment les assemblages PacBio HiFi de Soldur, Dic2 et de leurs parents sensibles (projet FSOV ReadMe) - offre désormais une opportunité unique de passer du QTL au gène.
Les mécanismes de résistance demeurent inconnus, mais plusieurs hypothèses sont envisagées. La première propose une résistance à la multiplication virale ou à son entrée dans la plante, ce qui se traduirait par une absence de particules virales détectables dans les tissus racinaires comme aériens. La seconde suggère un blocage du mouvement du virus des racines vers les feuilles où se manifestent les symptômes. Ces deux modèles ne s'excluent pas mutuellement et pourraient refléter différents types de résistance présents dans les génotypes étudiés. L'identification de gènes candidats et de leur fonction permettra ainsi de tester ces hypothèses.
Par ailleurs, les variations géographiques d'efficacité des QTL observées interpellent et pourraient s'expliquer par la diversité virale, la diversité du vecteur, ou bien une variabilité environnementale. Pour mieux comprendre ces différences, un effort de séquençage des virus circulant en France et en Italie a été engagé. Les premiers résultats révèlent une divergence importante entre souches virales françaises et bolognaises, notamment sur l'ARN1 du SBCMV, suggérant que la structure génétique des populations virales pourrait moduler les résistances. Ces résultats doivent toutefois être consolidés et étendus. Une démarche similaire visant à caractériser la diversité de P. graminis est en cours.
Malgré la taille et la complexité génomique du blé dur (2n=4x=28 ; 10 Gb), l'étude de sa diversité est rendue possible par les nombreuses initiatives de séquençages et génotypages de la diversité portées par des consortiums internationaux, tels que le consortium pangénome auquel l'équipe participe.
Comprendre cette dynamique tripartite plante-virus-vecteur est aujourd'hui indispensable pour anticiper les risques de contournement et concevoir des résistances plus efficaces et plus durables, adaptées à la diversité virale et vectorielle rencontrée en Europe.
Si ce système tripartite représente une opportunité unique pour explorer des processus de coévolution à trois partenaires, il présente également des défis importants pour la mise au point d'approches expérimentales en conditions contrôlées. L'infection directe par le virus, sans passer par P. graminis, est décrite dans la littérature mais encore non maîtrisée au laboratoire. Elle pourrait permettre d'isoler certaines composantes de la résistance, mais elle s'éloigne des conditions biologiques rencontrées au champ, où le vecteur joue un rôle central dans la transmission. Pour cette raison, le phénotypage sur sol naturellement infecté demeure la méthode de référence. C'est cette méthode, associée à une évaluation visuelle des symptômes et une mesure du contenu viral dans les feuilles par ELISA, qui a été utilisée pour la détection des QTL. Toutefois, elle ne permet ni de manipuler la souche virale, ni de contrôler la diversité du vecteur. Afin de pallier ces limitations, un système de culture hydroponique à immersion contrôlée a été mis au point par Legrève et al. (1998). Il repose sur la culture de plantes dans des tubes individuels contenant un support inerte immergé dans une solution nutritive par période de 6 h et inoculé par des racines infectées séchées et fragmentées. En pratique, l'étude de ce pathosystème nécessite donc de mobiliser plusieurs approches complémentaires afin de capturer la complexité des interactions plante-virus-vecteur.
La thèse a deux objectifs principaux :
(i) Identifier les gènes sous-jacents aux QTL de résistance de Dic2 et caractériser les mécanismes candidats pour celle-ci. Vous affinerez les QTL en cherchant des recombinants aux loci de résistance dans des croisements entre Dic2 et un parent sensible et étudierez les gènes présents dans les intervalles ainsi obtenus. Par ailleurs, vous étudierez la diversité génomique de ces loci pour comprendre les dynamiques conduisant à leur émergence en utilisant les données du pangénome des blés tétraploïdes domestiqués et sauvages.
(ii) Comprendre les variations de résistances observées entre la France et l'Italie. Cela passe par la description des isolats viraux et des souches de Polymyxa graminis présents dans les différents environnements qui permettront d'établir des hypothèses sur la coévolution avec l'hôte et les mécanismes de contournement de la résistance en France. La thèse mobilisera une approche intégrée combinant génétique, génomique et virologie. Tout d'abord, une cartographie fine des QTL de résistance identifiés chez Dic2 sera réalisée à partir d'une large population F issue du croisement entre un parent résistant et un parent sensible. Une première population, de taille réduite, est déjà disponible pour la mise au point de marqueurs génétiques. Une population plus large sera acquise pendant la thèse. Le génome complet récemment assemblé de Dic2 sera utilisé pour concevoir des marqueurs ciblant précisément les régions QTL, permettant le criblage à haut débit de milliers de descendants et l'identification de recombinants informatifs. L'analyse de ces recombinants permettra d'affiner la localisation des loci et de dégager une liste restreinte de gènes candidats. Ces gènes seront ensuite caractérisés à l'aide d'approches génomiques et bioinformatiques (étude des polymorphismes, analyse d'homologie, annotation fonctionnelle, variations structurales, histoire évolutive...).
En parallèle, la diversité des populations virales (WSSMV, SBCMV) et du vecteur Polymyxa graminis sera étudiée à partir d'échantillons collectés en France, en Italie et, si possible, dans d'autres pays européens. Le travail combinera extraction d'ADN/ARN, séquençage haut débit, assemblage et phylogénomique afin de décrire la diversité des trois composantes de l'interaction. Plusieurs méthodes d'analyses de la co-évolution pourront être utilisées : la co-phylogénie qui recherche la congruence entre arbres phylogénétiques, des mesures d'évolution moléculaires dans chaque partenaire (D de Tajima, Fst scan,...) et l'analyse de la corrélation spatiale de ces statistiques, ou encore des approches de co-GWAS (genome-wide association studies) qui permet de mettre en évidence les loci impliqués dans l'interaction GXG (entre génotypes des différents acteurs du système, (Märkle et al. 2021; Märkle et Tellier 2020; Alcala et al. 2017).
Les interactions entre isolats viraux, souches de Polymyxa et loci de résistance seront ensuite évaluées en conditions contrôlées dans le système hydroponique à immersion contrôlée. Le ou la doctorant.e participera à l'optimisation du système de culture pour ce faire.
L'intégration de ces données génétiques et pathogènes permettra de dégager des scénarios de coévolution plante-virus-vecteur et d'identifier les mécanismes susceptibles d'expliquer les différences de résistance observées entre contextes géographiques.

Titulaire d'un Master 2 ou diplôme d'ingénieur avec des compétences en génétique, génomique et évolution moléculaire. Une expérience ou une appétence pour les interactions plantes-pathogènes, ainsi qu'un bon niveau en analyse de données, seront des atouts.