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Inferring invasion routes and identifying reservoirs of diversity of plant pathogens are essential to propose new strategies for their control. Magnaporthe oryzae, the fungus responsible for rice blast disease, has invaded all rice growing areas. Virulent genotypes regularly (re)emerge, causing rapid resistance breakdowns. However, the worldwide genetic subdivision of M. oryzae populations on rice and its past history of invasion have never been elucidated. To investigate the centers of diversity, of origin and of migration of M. oryzae on rice, we analyzed the genetic diversity of fifty-five samples from fifteen countries. Three genetic clusters were identified worldwide. Asia was the center of diversity and the origin of most migrations to other continents. In Asia, two centers of diversity were revealed in the Himalayan foothills: South China-Laos-North Thailand, and Western Nepal. Sexual reproduction persisted only in the South China-Laos-North Thailand region, which was identified as the putative center of origin of all M. oryzae populations on rice. Our results suggest a scenario of early evolution of M. oryzae on rice that matches the past history of rice domestication. This study confirms that crop domestication may have considerable influence on the pestification process of natural enemies. (Texte intégral)

Magnaporthe oryzae es responsable de la enfermedad mas importante del arroz en Europa. En este trabajo se recogieron 987 aislados de este hongo en siete países europeos productores de arroz, y se investigó su diversidad genética con 11 marcadores microsatélite. Los genotipos multilocus (MLGs) más frecuentes son comunes a los países europeos. Sin embargo, algunos son específicos de los distintos países, o incluso de determinadas áreas de cultivo. La diversidad genotípica media en los campos de cultivo revela que, a pesar de que hay uno o dos genotipos dominantes, frecuentemente coexisten varios genotipos. La hipótesis del arroz rojo como una fuente de inóculo primario no se puede excluir. La evolución genética de M.oryzae se ha investigado en dos de estos países en los últimos 25 años: en Francia se han observado cambios significativos de la población con el tiempo, al contrario que en ltalia. Estos datos muestran que hay un importante flujo de genes entre las zonas arroceras europeas, probablemente a través del transporte de semillas infectadas. También muestran evidencias de diferenciación en una escala geográfica muy pequeña, lo que sugiere una adaptación local.

National audience; Le champignon pathogène du riz Magnaporthe oryzae a une distribution géographique très large puisqu'il est présent sur tous les continents et partout où son hôte est cultivé. Son cycle pathogène est asexué et la reproduction sexuée n'a jamais été observée directement dans la nature mais certaines souches gardent la capacité de se croiser en conditions contrôlées. La reproduction sexuée nécessite deux souches de signes de compatibilité sexuelle opposés. De plus, au moins une des deux souches doit être femelle-fertile, c'est à dire capable de différencier les périthèces, structures femelles où se déroule la méiose. La structure génétique des populations confirme un mode de reproduction asexué dans presque toute l'aire de répartition. Cependant, l'existence de la reproduction sexuée dans certaines populations du Piémont Himalayen a été proposée. L'analyse de la distribution des signes sexuels et de la fertilité femelle dans 54 pays, nous a permis de confirmer que cette zone est la meilleure candidate pour rechercher une reproduction sexuée contemporaine : les deux signes sont présents et la très grande majorité des souches femelle-fertiles (204/225) y est détectée. Nous avons donc étudié plus en détail quatre populations de cette zone pour déterminer si elles présentaient les caractéristiques de populations sexuées. Nous avons montré, par des approches biologiques, génétiques et de simulations, que la reproduction sexuée existe dans une population de Chine (Saleh et al., Molecular Ecology 2012). Plusieurs études ont montré une diversité génétique plus importante en Asie. Nous avons cherché à déterminer plus finement la structure génétique sur ce continent en comparant des populations de Chine, Laos, Thaïlande, Indonésie, et Népal. Nous avons mis en évidence quatre groupes génétiques différenciés et en partie indépendants de la géographie. Nous avons détecté deux centres de diversité (Népal et Sud de la Chine). Ces centres correspondent aux deux zones de domestications du riz. Considérant la reproduction sexuée comme un caractère ancestral, la colocalisation des centres de diversité et des zones de reproduction sexuée laisse supposer que l'un de ces centres est le centre d'origine des souches de M. oryzae pathogènes du riz. Par ailleurs, nous avons montré par des approches d'évolution expérimentale in vitro que la fertilité femelle pouvait être perdue très rapidement quand M. oryzae est soumis à un mode de reproduction strictement clonal (Saleh et al. BMC Evolutionary Biology 2012). L'ensemble de ces travaux permet de proposer un scénario de migrations de M. oryzae depuis le piémont Himalayen vers toutes les régions du monde où le riz est cultivé. Ces migrations ont été accompagnées par une perte systématique de la reproduction sexuée. Cette dernière a probablement été contre-sélectionnée car, dans un système cultivé, elle ne présentait pas d'avantage sélectif pour la migration, la multiplication ou la conservation de l'agent pathogène

Bgpi : équipe 5; Sexual reproduction may be cryptic or facultative in fungi and therefore difficult to detect. Magnaporthe oryzae, which causes blast, the most damaging fungal disease of rice, is thought to originate from southeast Asia. It reproduces asexually in all rice-growing regions. Sexual reproduction has been suspected in limited areas of southeast Asia, but has never been demonstrated in contemporary populations. We characterized several M. oryzae populations worldwide both biologically and genetically, to identify candidate populations for sexual reproduction. The sexual cycle of M. oryzae requires two strains of opposite mating types, at least one of which is female-fertile, to come into contact. In one Chinese population, the two mating types were found to be present at similar frequencies and almost all strains were female-fertile. Compatible strains from this population completed the sexual cycle in vitro and produced viable progenies. Genotypic richness and linkage disequilibrium data also supported the existence of sexual reproduction in this population. We resampled this population the following year, and the data obtained confirmed the presence of all the biological and genetic characteristics of sexual reproduction. In particular, a considerable genetic reshuffling of alleles was observed between the 2 years. Computer simulations confirmed that the observed genetic characteristics were unlikely to have arisen in the absence of recombination. We therefore concluded that a contemporary population of M. oryzae, pathogenic on rice, reproduces sexually in natura in southeast Asia. Our findings provide evidence for the loss of sexual reproduction by a fungal plant pathogen outside its centre of origin.

Determining if recombination occurs is of uttermost importance, particularly in pathogenic species, since it impacts the adaptive potential of populations. This might be strenuous in fungi, where sex can be cryptic or facultative. Magnaporthe oryzae is the heterothallic fungus responsible for rice blast. Its sexual cycle was never observed in the field and the worldwide population genetic structure is consistent with asexual reproduction. However, previous scattered data suggested that recombination could occur in limited areas of South Asia. Here we provide biological and population genetics evidences that M. oryzae reproduces sexually in some localities in China. In one population, almost all strains were female fertile, whereas this phenotype required for sexual reproduction is rare or absent in most populations. Strains from complementary mating types were also present in equal frequencies and underwent normal sexual cycle in vitro. Population genetics parameters fitted a recombinant population. Computer simulations confirmed that this genetic structure could not be observed without recombination. An in vitro evolution experiment showed the loss of female fertility after few clonal reproduction cycles. The wild phenotype was not restored by various stresses. The loss of female fertility segregated in progenies of crosses between evolved strains and wild ones, indicating a putative genetic basis. (Texte intégral)

National audience; Magnaporthe oryzae est un champignon pathogène du riz et d’autres Poacées. Chez cet Ascomycète, la reproduction sexuée n’a jamais été observée dans la nature mais certaines souches gardent la capacité de se croiser en conditions contrôlées. M. oryzae est hétérothallique, la reproduction sexuée nécessite donc 2 souches de signes de compatibilité sexuelle (SCS) opposés (Mat1.1 et Mat1.2 codés par 2 gènes différents au locus MAT). De plus, au moins une des 2 souches doit être femelle-fertile, c’est à dire capable de différencier les périthèces, structures femelles où se déroule la méiose. La structure génétique des populations collectées sur riz suggère un mode de reproduction majoritairement asexué dans presque toute l’aire de répartition. Mais l’existence de reproduction sexuée dans l’aire d’origine supposée de l’agent pathogène, le Piémont Himalayen, est suspectée. Dans un premier temps, nous avons essayé de localiser les zones où la reproduction sexuée pourrait se produire en étudiant la distribution des SCS et de la fertilité femelle dans 54 pays. Le SCS et la fertilité femelle de plus de 2 400 souches ont été testés par croisement avec des souches de référence. Le SCS de 900 souches supplémentaires a été déterminé par PCR. En Europe, seul le SCS Mat1.1 a été détecté, ailleurs les 2 SCS sont présents. La très grande majorité des souches femelle-fertiles (139/142) a été détectée en Asie. Dans les pays du Piémont Himalayen, la fréquence de souches femelle-fertiles est élevée (parfois plus de 70%) et les fréquences des deux SCS sont équilibrées. Nous avons donc étudié la structure génétique de 4 populations de cette zone (Chine et Thaïlande) pour déterminer si elle est compatible avec l’existence de reproduction sexuée. Les souches ont été génotypées à l’aide de 25 marqueurs microsatellites. La recombinaison étant l’une des conséquences les plus importantes de la reproduction sexuée, le taux de recombinaison a été estimé en utilisant différentes méthodes : l’estimation du déséquilibre de liaison multilocus (indices d’association), puis des méthodes de maximum de vraisemblance. Cette étude a aussi été faite sur 4 populations mondiales présumées asexuées. Par ailleurs, le polymorphisme des gènes MAT a été étudié sur ces souches, et les premiers résultats sont cohérents avec les tests biologiques. A ce stade, les données sont encore en cours d’obtention mais les premiers résultats vont dans le sens d’une reproduction sexuée dans certaines populations de la zone d’origine (Chine).