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National audience

National audience

R Markdown script for analyses and raw data presented in the Manuscript Moury et al. 2021, doi: https://doi.org/10.1101/2021.03.03.433745

International audience; Are sown flower strips an efficient tool to limit aphid colonization and viral epidemics in melon crops?. 10. Conférence de la Société française de phytopathologie. 12. European foundation for plant pathology conference

Ecole doctorale de l'Université de Montpellier pour les Sciences du vivant et de l'Environnement et des Sciences et Technologies, ED GAIA

Host plant resistance is an essential mean of controlling virus epidemies in crops. Resistance to viruses in plant belongs to three major families, either recessive or dominant resistance genes, as weil as the antiviral defense system based on RNA silencing. Most NBS-LRR antiviral resistances are triggered by the recognition of the NBS-LRR protein and a virus protein, playing the raie of avirulence factor. The Vat resistance gene in melon is unique among the dominant resistance to virus genes. It is a CC-NBS-LRR gene, it is triggered by the recognition between an aphid avirulence factor, delivered in plant cells by Aphis gossypii puncturing, and the CC-NBS-LRR pratein produced by Vat plants. This resistance is efficient against unrelated viruses transmitted on the non persistent mode (Boualem et al., 2016). We investigated if the resistance to virus triggered by A. gossypii in Vat plants is systemic.

Characteristics of the nine Aphis gossypii clones. Multilocus genotypes (MLGs) identified as different allelic combinations at the eight microsatellite loci (called Ago) in clones used in this study. The size of each allele was indicated in base pairs. (DOCX 22 kb)

Number of plants used to establish scores for Resistance to CMV and Acceptance/Colonization of 123 melon/aphid interactions. (DOCX 26 kb)

PCR-based marker specific of the Vat gene from [ 21 ]. (DOCX 21 kb)

Checking for C4 clone capacity to transmit CMV on a set of Cucurbits. Percentage of plants with CMV symptoms after inoculation by five A. gossypii belonging C4 clone. n = number of plants inoculated, Symptoms were observed 3 weeks after inoculation (DOCX 14 kb)

National audience

International audience

Aphis gossypii, unique puceron ravageur du melon est cosmopolite. Il s’est adapté à la plupart des insecticides utilisés pour le contrôler, aussi la lutte génétique, encore peu utilisée au niveau mondial dans les variétés, est-elle plus que jamais d’actualité. Une source de résistance a été fortement utilisée dans les variétés inscrites au catalogue français, la résistance est jugée lors de l’inscription en utilisant un seul clone alors qu’une vingtaine sont connus pour coloniser le melon. En utilisant neuf de ces clones, nous avons révélé différents profils de résistance aux pucerons chez 13 accessions de melon, qui correspondent soit à de nouveaux allèles au locus Vat, soit à des fonds génétiques plus performants. Pour lutter contre les clones présents dans le Sud-Est de la France sur les melons résistants, ce sont surtout des facteurs présents dans ces nouveaux fonds génétiques qui seraient intéressants

Une expérimentation pluriannuelle et multidisciplinaire a permis une évaluation du rôle potentiel des bandes fleuries pour diminuer le risque de colonisation aphidienne et le risque d’épidémie virale en cultures de melon. L’implantation de bandes fleuries a favorisé le développement d’une importante entomofaune auxiliaire à proximité des cultures. Les auxiliaires spécifiques des pucerons, notamment les Coccinellidés, ont été plus fréquents sur les melons côté bandes fleuries que sur les melons côté sol nu. Les niveaux moyens de colonisation par Aphis gossypii ont toutefois été équivalents quel que soit le type d’aménagement. L’efficacité du gène Vat sur la colonisation par Aphis gossypii mais également sur le développement de certains virus (CABYV et CMV) a été confirmée. De plus, le développement du WMV, non contrôlé par Vat, a été réduit certaines années en présence de bandes fleuries.

International audience; Aphis gossypii is a major pest of cantaloupe melon crops, causing direct damage (sap uptake) and indirect damage (virus transmission). The cantaloupe gene Vat confers resistance to colonization by A. gossypii and resistance to the non-persistent viruses (CMV, WMV, etc) carried by A. gossypii. lt is however ineffective in blocking the transmission of viruses carried by other aphid species and its use is thus generally coupled with aphicide treatments to limit virus transmission by non-colonizing aphids. Moreover, due to its intraspecific variability, A. gossypii can adapt to various selective pressures (host plants, insecticides); this adaptation ability enhances the risk of resistance breakdown. ln France, cantaloupe protection faces a double challenge: to reinforce the effectiveness of Vat in a context of reducing pesticide use, and ensure the sustainability of Vat in a context of increasing Vat deployment. The hypothesis tested in this project is that an appropriate management of field borders can contribute to regulating the populations of aphids and/or their virus load, thereby reducing the risks of virus epidemies and resistance breakdown. lndeed, literature suggests that flower strips can participate in pest biological control by favoring natural enemies (predators and parasitoids), and strips of non host plants can protect crops from non-persistent viruses by allowing aphids to probe on healthy plants and thus to lose their virus load before reaching the crops. An experimental field approach was initiated to compare three types of field border management (bare soil, grass strip and flower strip) on the effectiveness and sustainability of Vat.

National audience; Le gène Vat confère au melon une résistance à la colonisation par le puceron Aphis gossypii ainsi qu'une résistance aux phytovirus non persistants (CMV, WMV,...) transmis par ces pucerons (Lecoq et al., 1979; Pitrat & Lecoq, 1982 ; Boissot et al., 2010). Il est toutefois inefficace pour bloquer la transmission des virus portés par les autres espèces de pucerons. L'utilisation de Vat est donc généralement couplée à des traitements aphicides afin de limiter la transmission virale par les pucerons non colonisateurs du melon. Or, la réduction progressive de l'usage des produits phytosanitaires dans la protection des cultures imposée par l'évolution de la réglementation (plan Eco-Phyto 2018) conduit à rechercher de nouvelles stratégies permettant d'accompagner la lutte génétique pour la gestion des bio-agresseurs. La bibliographie suggère que l'implantation de bandes de plantes non hôtes (enherbées ou fleuries) à la périphérie des cultures pourrait être une option efficace pour diminuer 1) la pression puceron (et donc le risque de contournement de Vat) en favorisant le développement des ennemis naturels (Pfiffner & Wyss, 2004) et 2) la pression virus en constituant notamment un filtre réduisant la charge virale des pucerons avant qu'ils n'atteignent les cultures (Hooks & Fereres, 2006). L'hypothèse testée dans ce projet est qu'un aménagement adéquat de l'environnement parcellaire peut contribuer à réguler les populations de pucerons et/ou leur potentiel virulifère et ainsi à réduire le risque d'épidémies virales. L'effet de trois types d'aménagement (sol nu, bandes enherbées et bandes fleuries) sur l'efficacité de la résistance médiée par le gène Vat est évalué au champ.

Le gène Vat confère au melon une résistance à la colonisation par le puceron Aphis gossypii ainsi qu'une résistance aux phytovirus non persistants (CMV, WMV,...) transmis par ces pucerons (Lecoq et al., 1979; Pitrat & Lecoq, 1982 ; Boissot et al., 2010). Il est toutefois inefficace pour bloquer la transmission des virus portés par les autres espèces de pucerons. L'utilisation de Vat est donc généralement couplée à des traitements aphicides afin de limiter la transmission virale par les pucerons non colonisateurs du melon. Or, la réduction progressive de l'usage des produits phytosanitaires dans la protection des cultures imposée par l'évolution de la réglementation (plan Eco-Phyto 2018) conduit à rechercher de nouvelles stratégies permettant d'accompagner la lutte génétique pour la gestion des bio-agresseurs. La bibliographie suggère que l'implantation de bandes de plantes non hôtes (enherbées ou fleuries) à la périphérie des cultures pourrait être une option efficace pour diminuer 1) la pression puceron (et donc le risque de contournement de Vat) en favorisant le développement des ennemis naturels (Pfiffner & Wyss, 2004) et 2) la pression virus en constituant notamment un filtre réduisant la charge virale des pucerons avant qu'ils n'atteignent les cultures (Hooks & Fereres, 2006). L'hypothèse testée dans ce projet est qu'un aménagement adéquat de l'environnement parcellaire peut contribuer à réguler les populations de pucerons et/ou leur potentiel virulifère et ainsi à réduire le risque d'épidémies virales. L'effet de trois types d'aménagement (sol nu, bandes enherbées et bandes fleuries) sur l'efficacité de la résistance médiée par le gène Vat est évalué au champ.

Aphis gossypii is a major pest of cantaloupe melon crops, causing direct damage (sap uptake) and indirect damage (virus transmission). The cantaloupe gene Vat confers resistance to colonization by A. gossypii and resistance to the non-persistent viruses (CMV, WMV, etc) carried by A. gossypii. lt is however ineffective in blocking the transmission of viruses carried by other aphid species and its use is thus generally coupled with aphicide treatments to limit virus transmission by non-colonizing aphids. Moreover, due to its intraspecific variability, A. gossypii can adapt to various selective pressures (host plants, insecticides); this adaptation ability enhances the risk of resistance breakdown. ln France, cantaloupe protection faces a double challenge: to reinforce the effectiveness of Vat in a context of reducing pesticide use, and ensure the sustainability of Vat in a context of increasing Vat deployment. The hypothesis tested in this project is that an appropriate management of field borders can contribute to regulating the populations of aphids and/or their virus load, thereby reducing the risks of virus epidemies and resistance breakdown. lndeed, literature suggests that flower strips can participate in pest biological control by favoring natural enemies (predators and parasitoids), and strips of non host plants can protect crops from non-persistent viruses by allowing aphids to probe on healthy plants and thus to lose their virus load before reaching the crops. An experimental field approach was initiated to compare three types of field border management (bare soil, grass strip and flower strip) on the effectiveness and sustainability of Vat.

The deployment of resistance genes against aphids, is restricted because few genes have been characterised. The Vat gene, conferring resistance to Aphis gossypii, has been effectively deployed in melon crops since 20 years in South-eastern France. We have studied the adaptation of A. gossypii populations to that Vat gene. Seven clones of A. gossypii were collected in melon producing areas where the Vat gene has been or not deployed. Theses clones were characterized using 8 SSR markers. The phenotypic variability of A. gossypii was shown matching the genetic variability revealed by eight microsatellite markers (Thomas et al, 2012). We phenotyped the seven clones using three resistant melon lines. One line was susceptible to ail clones, the two other lines, Margot and 90625, were known to carry different alleles at the Vat locus. We took advantage of the double phenotype mediated by the Vat gene, the resistance to A. gossypii and the resistance to viruses (CMV, ZYMV...) when inoculated by A. gossypii - melon plants are susceptible to viruses when they are mechanically inoculated or inoculated by other aphids species. Aphid clones triggered three phenotypic responses on Margot or 90625 lines: resistance to aphids and to the virus when inoculated by aphids, susceptibility for both phenotypes, and susceptibility to aphids and resistance to the virus when inoculated by aphids; we did not characterize any clones revealing a melon line resistant to aphids and susceptible to virus when inoculated by aphids. Our results revealed a specifie interaction between plant resistance alleles in melon and aphid clones. The Vat gene belongs to the CC-NBS-LRRresistance gene (Pauquet et al 2004). The avirulence factor in aphid, expected to interact with the Vat protein, is presently unknown, it should be excreted in saliva and introduce in plant tissue during puncturing, and then interacts with the Vat product triggering defence responses (Dogimont et al 2010). These responses are expected to be efficient against aphids and viruses. Our results suggested two adaptation mechanisms of aphids to the Vat mediated resistance: i/ suppression of both phenotypes, i.e. susceptibility to aphids and to virus when inoculated by A. gossypii, what suggests a suppression of the recognition step (non-adapted avirulence product), ii/ susceptibility to aphids associated with resistance to virus when inoculated by aphids, suggested that the recognition step occurs, triggering the defence reponses that are efficient against virus but inefficient against aphids, i.e. aphids are adapted to these defence responses. We only observed adaptations of type i/ when considering the melon line 90625. Because the allele of resistance originating from this line has never been deployed in crops in areas we collected clones, these adaptations, observed in several clones, corresponded to an incomplete spectrum of the resistance efficiency. ln South-eastern France, the resistance that has been deployed is mediated by the allele at the Vat locus present in Margot. ln this area, where A. gossypii diversity is very large (Thomas et al 2012b), two clones, never observed before 2009, exhibited adaptation of type ii/ to that allele of resistance.

National audience; Host-plant resistance has proven its efficiency in controlling pests, including aphids which are one of the major hemipteran pests in crops. Nevertheless, resistance-breaking biotypes have occurred in several plant-aphid systems. The aim of our field study was to investigate the impact of distinct combinations of aphid-resistance Vat gene and QTLs in melons on the density and genetic structure of field populations of the melon aphid species Aphis qossvpii. We set up field trials with melons combining (i) resistance alleles both at the Vat locus and at QTL (Vat/QTL), (ii) resistance allele at the Vat locus and susceptible alleles at QTL (Vat/-) or (iii) susceptible allele at the Vat locus and resistant alleles at QTL (-/QTL). Ali combinations had a homogenous genetic composition except at the Vat locus and QTL (Boissot et al 2010). Twelve trials were conducted in three distant melon producing areas,.: Southeastern France (SE), southwestern France (SW) and French West Indies (FWI), to take into account that aphid populations are geographically structured (Thomas et al 2012). Aphid population densities were significantly lower on Vat/QTL melon plants than on -/QTL plants over trials, revealing a strong effect of the Vat gene in situ. Conversely, no effect of the QTL was observed on aphid density. We also collected about 2800 aphids from these trials that were distributed in two classes whether they were found as isolated apterous individuals on the leaf soon after melon plantation or whether they were collected from a colony later on. Each aphid was genotyped for eight microsatellite loci. Whatever the resistance combination and area, the genetic diversity decreased dramatically during the melon development, from isolated apterous to colonies, which illustrated a strong host plant selective pressure. We also noticed a Vat gene effect in reducing the genetic diversity of both apterous populations in SE and colonies in SE and SW. Furthermore, according to a genetic clustering analysis, the 138 multilocus genotypes identified were separated in two clusters calied the NMl cluster and the Cucurbit luster. Aphids from the NMl cluster were significantly more affected by the Vat gene as apterous individuals were less numerous on Vat/QTL than on -/QTL melons and they did not develop into colonies on Vat/QTL and on Vat/- melons. ln conclusion, this field study did not provide experimental evidence that the combination of qualitative effective major gene and quantitative polygenic resistance to A. qossypii in melon improves control of the aphid populations. QTLs had no effect on demography or on clonai diversity and structure of aphid populations. On the contrary, the effect of the major resistance gene Vat was shown to de pend on the clonai diversity and structure ofthe aphid populations. However, this clonai diversity might substantially vary in time and space according to many ecological factors, which could prevent or at least slow down the spread of a resistance breaking biotype.

National audience; The melon aphid, Aphis gossypii, is a major pest of many crops. Molecular markers have revealed a host race organization of the species and 8 microsatellite markers have allowed the identification of 21 multilocus genotypes (MLGs) among clones collected into colonies on Cucurbits. Aphid resistance have been identified in several melon accessions; it is controlled by a major gene, Vat, and some quantitative trait loci (QTLs). We built melon populations combining different loci of resistance, in a homogenous genetic background. They were cultivated in melon producing areas with contrasted aphid populations. Then, we showed a significant effect of the Vat gene on aphid density but non effect of the QTLs. One hundred and two MLGs were attributed to 2596 collected in trials, 54 MLGs were observed only once, five MLGs were only observed in the French West Indies, 19 MLGs were observed both in South eastern and South western France. Nevertheless, we did not observe a significant effect of the resistance loci on the diversity index of Shanon. Among clones collected into 125 colonies, we only identified 10 MLGs, five out of them were identified in clones collected on Vat-melon. The resistance loci might have an effect on the diversity of the South-eastern populations.; Aphis gossypii, puceron ravageur majeur des cultures, est structuré en race d’hôtes. Huit marqueurs microsatellite ont permis d’identifier 21 génotypes multilocus (MLG)parmi les individus développant des colonies sur les Cucurbitacées. De nombreuses sources de résistance ont été identifiées chez le melon, la résistance est contrôlée par un gène majeur, Vat, et des loci à effet quantitatif (QTL). Nous avons construit des populations de melon combinant différemment ces loci dans un fond génétique homogène. Elles ont été cultivées en plein champ dans trois zones de production du melon présentant des populations de pucerons très contrastées. Sur la densité des populations, nous avons observé un effet significatif du gène Vat mais aucun effet des QTL. Parmi les 2596 pucerons collectés dans les essais, 102 MLG ont été identifiées, dont 54 une seule fois. Dix-neuf MLG ont été observés dans le Sud-est et le Sud-ouest ; seulement cinq MLG ont été observés aux Antilles (non identifiées en métropole). On n'observe pas d’effet significatif du gène Vat et des QTL sur l’indice de diversité de Shanon. Parmi 125 clones échantillonnés dans des colonies, nous avons identifié seulement 10 MLG dont 5 dans des clones échantillonnées sur des melons porteurs du gène Vat. L’effet du gène Vat et des QTL sur la diversité des populations serait restreint à la région Sud-est.

Aphis gossypii, puceron ravageur majeur des cultures, est structuré en race d’hôtes. Huit marqueurs microsatellite ont permis d’identifier 21 génotypes multilocus (MLG)parmi les individus développant des colonies sur les Cucurbitacées. De nombreuses sources de résistance ont été identifiées chez le melon, la résistance est contrôlée par un gène majeur, Vat, et des loci à effet quantitatif (QTL). Nous avons construit des populations de melon combinant différemment ces loci dans un fond génétique homogène. Elles ont été cultivées en plein champ dans trois zones de production du melon présentant des populations de pucerons très contrastées. Sur la densité des populations, nous avons observé un effet significatif du gène Vat mais aucun effet des QTL. Parmi les 2596 pucerons collectés dans les essais, 102 MLG ont été identifiées, dont 54 une seule fois. Dix-neuf MLG ont été observés dans le Sud-est et le Sud-ouest ; seulement cinq MLG ont été observés aux Antilles (non identifiées en métropole). On n'observe pas d’effet significatif du gène Vat et des QTL sur l’indice de diversité de Shanon. Parmi 125 clones échantillonnés dans des colonies, nous avons identifié seulement 10 MLG dont 5 dans des clones échantillonnées sur des melons porteurs du gène Vat. L’effet du gène Vat et des QTL sur la diversité des populations serait restreint à la région Sud-est., The melon aphid, Aphis gossypii, is a major pest of many crops. Molecular markers have revealed a host race organization of the species and 8 microsatellite markers have allowed the identification of 21 multilocus genotypes (MLGs) among clones collected into colonies on Cucurbits. Aphid resistance have been identified in several melon accessions; it is controlled by a major gene, Vat, and some quantitative trait loci (QTLs). We built melon populations combining different loci of resistance, in a homogenous genetic background. They were cultivated in melon producing areas with contrasted aphid populations. Then, we showed a significant effect of the Vat gene on aphid density but non effect of the QTLs. One hundred and two MLGs were attributed to 2596 collected in trials, 54 MLGs were observed only once, five MLGs were only observed in the French West Indies, 19 MLGs were observed both in South eastern and South western France. Nevertheless, we did not observe a significant effect of the resistance loci on the diversity index of Shanon. Among clones collected into 125 colonies, we only identified 10 MLGs, five out of them were identified in clones collected on Vat-melon. The resistance loci might have an effect on the diversity of the South-eastern populations.