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Cyst Nematodes of the genus Globodera are among the most studied plant parasitic nematodes because of their economic impact on crop production. Originated from high plains of the Andes, this genus would have been imported in Europe during the late XIXth century. The existence of a cryptic species complex within G. pallida – one of the most damaging species in the genus – is questioned. The taxonomic revision of this species could have major consequences on both risk assessment and management. During this work, an integrative taxonomic approach was implemented and has involved three disciplinary fields: genetics, morphometry and biology. Genetic diversity investigation revealed two groups differing from G. pallida. This study also raises the question of the processes implied in this divergence, apparently distinct for these two groupsMorphological differentiation was also demonstrated with an automatic image analysis tool. This tool was specifically developed for this work and is an innovative approach in studying the morphometry of this genus. This differentiation is based on the combined integration of three metrics adapted to automatic morphometry. Differential study of each entity ‘s host-range showed differences between studied groups. This differentiation is observed thanks to the investigation of the quantitative aspect of the nematode multiplication. Overall, these results bring the necessary evidence to claim the existence of a new species. This discovery questions the need for adapting surveillance and management methods against nematodes of the genus Globodera., Les nématodes à kyste du genre Globodera sont parmi les phytoparasites les plus étudiés de par l’impact économique qu’ils peuvent engendrer sur les productions agricoles. Originaire des hauts plateaux de la cordillère des Andes ce genre aurait été importé en Europe à la fin du XIX siècle. L’existence d’un complexe d’espèce cryptique chez G. pallida, nématode phytoparasites d’importance au sein du genre, est questionnée. La révision taxonomique de cette espèce peut avoir des conséquences fortes en termes d’épidémiologie, d’évaluation et de gestion des risques. Durant ce travail une approche de taxonomie intégrative impliquant trois champs disciplinaires, génétique, morphométrique et biologique, a été développée sur un panel de populations sud-américaines pour délimiter de nouvelles frontières au sein de cette espèce. L’exploration de la diversité génétique a permis de révéler l’exitence de deux groupes fortement distants de G. pallidaCette étude questionne aussi les processus impliqués dans cette divergence qui semblent distincts pour ces deux groupes. L’existence d’une différenciation morphologique a été observée grâce à un outil d’analyse d’image automatisé créé spécifiquement pour ce travail. Le développement de l’outil constitue une approche novatrice pour l’étude de la morphométrie dans ce genre et plus généralement chez les nématodes. Cette différenciation s’appuie sur l’intégration combinée de trois métriques adaptées à la morphométrie automatisée. Enfin, l’étude de la capacité de ces entités à se développer aux dépens de certaines plantes a elle aussi rapporté des

Studying phenotypic and genomic modifications associated with pathogen adaptation to resistance is a crucial step to better understand and anticipate resistance breakdown. This short review summarizes recent results obtained using experimentally evolved populations of the potato cyst nematode Globodera pallida. In a first step, the variability of resistance durability was explored in four different potato genotypes carrying the resistance quantitative trait loci (QTL) GpaV(vrn) originating from Solanum vernei but differing by their genetic background. The consequences of the adaptation to resistance in terms of local adaptation, cross-virulence and virulence cost were then investigated. Finally, a genome scan approach was performed in order to identify the genomic regions involved in this adaptation. Results showed that nematode populations were able to adapt to the QTL GpaV(vrn), and that the plant genetic background has a strong impact on resistance durability. A trade-off between the adaptations to different resistant potato genotypes was detected, and we also showed that adaptation to the resistance QTL GpaV(vrn) from S. vernei did not allow adaptation to the colinear locus from S. sparsipilum (GpaV(spl)). Unexpectedly, the adaptation to resistance led to an increase of virulent individual's fitness on a susceptible host. Moreover, the genome scan approach allowed the highlighting of candidate genomic regions involved in adaptation to host plant resistance. This review shows that experimental evolution is an interesting tool to anticipate the adaptation of pathogen populations and could be very useful for identifying durable strategies for resistance deployment.

Studying phenotypic and genomic modifications associated with pathogen adaptation to resistance is a crucial step to better understand and anticipate resistance breakdown. The cyst nematode Globodera pallida is an important pest of potato crops, for which a major resistance QTL, GpaVvrn, has been identified in Solanum vernei. However, the capability of G. pallida populations to adapt to this resistance in only few generations has been highlighted through experimental evolution. In this context, the purposes of this work were (1) to study the nematode life-history traits impacted by adaptation, in order to test for potential existence of a virulence cost, and (2) to identify genomic regions involved in adaptation, through an original approach combining experimental evolution and genome scans on virulent and avirulent lineages. Unexpectedly, we highlighted that adaptation to resistance from S. vernei leads to an increase of virulent individual’s fitness on susceptible host. We were also able to pinpoint candidate genomic regions to adaptation to host plant resistance, containing genes encoding effectors, and especially SPRYSECs, known in cyst nematodes to be involved in suppression of host defense but also in nematode virulence. These results will ultimately be useful in order to conceive sustainable strategies of use of potato resistant cultivars; L’étude des modifications phénotypiques et génomiques associées à l’adaptation des pathogènes aux résistances est une étape fondamentale pour mieux comprendre et anticiper le phénomène de contournement des résistances. Le nématode à kyste Globodera pallida est un important pathogène de la pomme de terre, vis-à-vis duquel un QTL majeur de résistance, GpaVvrn, a été identifié chez Solanum vernei. Cependant, la capacité des populations de G. pallida à s’adapter à cette résistance en quelques générations seulement a été mise en évidence par évolution expérimentale. Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectifs (1) d’étudier les traits d’histoire de vie du nématode impactés par l’adaptation, afin de tester l’existence éventuelle d’un coût de virulence, et (2) d’identifier les régions génomiques impliquées dans l’adaptation, par une approche originale combinant évolution expérimentale et scans génomiques sur des lignées virulentes et avirulentes. Contre toute attente, nous avons montré que l’adaptation à la résistance issue de S. vernei entraînait une augmentation de la fitness des individus virulents sur hôte sensible. Nous avons également pu identifier des régions génomiques candidates à l’adaptation à la résistance de la plante hôte, contenant des gènes codant pour des effecteurs, et notamment des SPRYSECs, connus chez les nématodes à kyste pour être impliqués dans la suppression des défenses des plantes mais aussi dans la virulence du nématode. À terme, ces résultats s’avéreront utiles pour la conception de stratégies durables de déploiement de variétés de pommes de terre résistantes.

National audience; Une centaine de chercheurs et sélectionneurs spécialistes de la pomme de terre s'est récemment rassemblée en Italie autour d'un thème commun : la sélection et l'évaluation variétale.

International audience; The sustainability of modern agriculture relies on strategies that can control the ability of pathogens to overcome chemicals or genetic resistances through natural selection. This evolutionary potential, which depends partly on effective population size (Ne), is greatly influenced by human activities. In this context, wild pathogen populations can provide valuable information for assessing the long-term risk associated with crop pests. In this study, we estimated the effective population size of the beet cyst nematode, Heterodera schachtii, by sampling 34 populations infecting the sea beet Beta vulgaris spp. maritima twice within a one-year period. Only 20 populations produced enough generations to analyze the variation in allele frequencies, with the remaining populations showing a high mortality rate of the host plant after only one year. The 20 analyzed populations showed surprisingly low effective population sizes, with most having Ne close to 85 individuals. We attribute these low values to the variation in population size through time, systematic inbreeding, and unbalanced sex- ratios. Our results suggest that H. schachtii has low evolutionary potential in natural environments. Pest control strategies in which populations on crops mimic wild populations may help prevent parasite adaptation to host resistance.

International audience; Studying wild pathogen populations in natural ecosystems offers the opportunity to better understand the evolutionary dynamics of biotic diseases in crops and to enhance pest control strategies. We used simulations and genetic markers to investigate the spatial and temporal population genetic structure of wild populations of the beet cyst nematode Heterodera schachtii on a wild host plant species, the sea beet (Beta vulgaris spp. maritima), the wild ancestor of cultivated beets. Our analysis of the variation of eight microsatellite loci across four study sites showed that (i) wild H. schachtii populations displayed fine-scaled genetic structure with no evidence of substantial levels of gene flow beyond the scale of the host plant, and comparisons with simulations indicated that (ii) genetic drift substantially affected the residual signals of isolation-by-distance processes, leading to departures from migration–drift equilibrium. In contrast to what can be suspected for (crop) field populations, this showed that wild cyst nematodes have very low dispersal capabilities and are strongly disconnected from each other. Our results provide some key elements for designing pest control strategies , such as decreasing passive dispersal events to limit the spread of virulence among field nematode populations.

International audience; Potato cyst nematodes induce changes in plant host gene expression following root invasion. For an accurate comparison of gene expression by reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR), internal reference genes are necessary for transcript normalization. Very few experimental data on suitable reference genes are available for interactions between plant and root pathogens. In this study, we tested eight potential candidate reference genes for normalizing levels of potato gene transcripts by RT-qPCR after inoculation by nematodes. The ranking of candidate reference genes was performed using RefFinder WEB-based software. Four reference genes, RPN7 (26S proteasome regulatory subunit), UBP22 (ubiquitin-specific protease 22), OXA1 (OXA1 protein), and MST2 (mercaptopyruvate sulfurtransferase), were stably expressed in roots of susceptible or resistant potato plants, infected or uninfected by Globodera pallida. A normalization factor based on data from these four genes, highly homologous between potato and tomato, was used to normalize the expression of a chitinase gene, which was induced by nematodes in roots of potatoes carrying the resistance allele at a low-effect QTL, GpaXIspl. .

Cyst nematodes are one of the pests that cause the most damage to potato cultures. Resistance found in the accession spl88S.329.18 in Solanum sparsipilum is characterized by oligogenic determinism with a strong effect QTL on chromosome V (GpaVspl) and a minor effect QTL on chromosome XI (GpaXIspl). To obtain a high level of resistance, the effect of QTL GpaVspl must be complemented by the low effect QTL GpaXIspl. By comparative genomics, the GpaV locus was located in a range between 16 and 60 kb in genomes of tomato and potato related species: Solanum demissum and Solanum phureja. Two genes were annotated: the first belonging to the TIR -NBS -LRR gene family (TNL) and the second one belonging to the “mitochondrial transcription termination factor” family (mTERF). The effect of both genes -Spl_TNL18428 and Spl_mTERF18430- on resistance to G. pallida were analyzed via genetic transformation experiments followed by resistance tests on transformed plants. A partial effect of Spl_TNL18428 on resistance to G. pallida was identified by complementation of susceptible plants. Gene silencing experiments suggested that Spl_TNL18429, which occurs in roots and presents a high percentage of sequence identity with the gene Spl_TNL18428, is also involved in resistance to G. pallida. The expression of the GFP reporter gene, under the control of the Spl_TNL18428 gene promoter, is strongly induced in cells located around the syncytium. This strengthens the hypothesis of an involvement of Spl_TNL18428 gene in resistance to G. pallida, because the location of GFP expression is similar to necrosis, which is characteristic of resistant plants. Taking into account that recent data showing that several NBS-LRR genes may be essential for the expression of resistance, our results suggest that both Spl_TNL18428 and Spl_TNL18429 genes are necessary for the expression of resistance to G. pallida; Les nématodes à kystes sont l’un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des « mitochondrial, transcription terminationfactor » (mTERF), dont l’implication dans des mécanismes de résistance n’a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida

Les nématodes à kystes sont l’un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à effet fort localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI (GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit être complémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locus GpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomate et des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deux gènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum: le premier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistance classiques, et le second appartient à la famille des « mitochondrial, transcription termination factor » (mTERF), dont l’implication dans des mécanismes de résistance n’a jamais été démontrée. Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance à G. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de la séquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaV était dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chez S. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommés Spl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428. L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida a été analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistance sur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effet significatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinction génique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est également exprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec le gène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida. L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gène Spl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Ceci renforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida, car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui est caractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induit par les nématodes. En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBS-LRR peuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent que les deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de la résistance à G. pallida.

National audience; Cultiver du colza en rotation avec de la betterave dans la même parcelle présente un risque : celui de voir se développer Heterodera schachtii, le nématode à kyste de la betterave. Une bonne gestion des repousses de colza peut permettre de le maîtriser.

National audience

International audience; In order to identify genes involved in pathogenicity, we compared the closely related species Globodera pallida (GP) and Globodera "mexicana" (GM) that have different host ranges and are able to produce viable and fertile hybrids. Three pioneer genes were previously identified as differentially expressed between GP and GM: GPLIA7 and GPLIB3 were found to be more highly expressed in GP, whereas GMLIVG9 was found more highly expressed in GM. In this study, we showed that Ia7 and IVg9 genes probably encode products secreted by the subventral oesophageal glands and the dorsal oesophageal gland, respectively. No Blast homolog was found in the databases, but a metridin-like ShK (Stichodactyla helianthus) toxin domain was identified in the Ia7 sequence. Analysis of the full-length sequences of these 2 genes between GP and GM revealed a high level of interspecies variability (8% for the Ia7 transcript and 17% for the IVg9 transcript) and a high proportion (90%) of nonsynonymous mutations among the substitutions observed. This suggested that these 2 pioneer genes are under strong diversifying selection pressures and therefore may be involved in pathogenicity. Further investigations of the sequence polymorphism of Ia7 and IVg9 genes were conducted in GP x GM hybrid lines that were selected in laboratory conditions for their different ability to develop on potato and black nightshade. As similar sequences were obtained for all the hybrid lines tested independently of their pathogenicity status, no correlation could be established between IA7 and IVG9 amino acid changes and the host range differences observed between GP and GM

National audience; The success of any integrated control aimed at the potato cyst nematodes involves study of the biological and ecological characteristics of various regional populations. Each such population may be considered as a separate ecotype : each can be distinguished by a particular aggressiveness, a different hatching rate according to the presence or absence of potato, and its own multiplication rate and speed of development. Depending on any or all of these characteristics, a particular rotation may be chosen to give no damage to potato and a decrease in soil populations. Various practical cases are examined : early potatoes in Noirmoutier, St-Malo, Ile de Ré and Béziers. A different solution is proposed, for each one, taking into account biological and economic constraints.; La lutte intégrée contre les nématodes à kystes de la pomme de terre passe par l’étude des caractéristiques biologiques et écologiques des diverses populations régionales. On peut considérer que chaque population constitue un écotype particulier : chacun peut être caractérisé par une agressivité particulière, un taux d’éclosion, avec ou sans pomme de terre, différent, un taux de multiplication et une vitesse de développement propres. En fonction de l’une ou l’autre ou de l’ensemble de ces caractéristiques, on peut appliquer une rotation telle qu’il n’y ait pas de dégâts sur pomme de terre et telle que les populations du sol régressent. Divers cas pratiques sont envisagés et étudiés : cultures maraîchères de Noirmoutier, St-Malo, Ile de Ré et Béziers et, pour chacun, une solution différente tenant compte des exigences biologiques et économiques est indiquée.