Exploration de la diversité génétique et métabolique pour identifier les mécanismes de résistance de la tomate contre Tuta absoluta

Répétition de la soutenance de thèse de Komla-Exonam Amegan :

Title: Exploring genetic and metabolic diversity to identify resistance mechanisms in tomato against Tuta absoluta

Abstract:
The tomato leaf miner, Tuta absoluta, is a major pest threatening global tomato (Solanum lycopersicum) production, highlighting the urgent need to develop sustainable pest control strategies that reduce pesticide use. Among the various control strategies, genetic resistance remains a promising yet underexplored avenue. Within the Solanum genus, many wild tomato species may harbor valuable resistance traits. The objective of my thesis was, first, to characterize the genetic diversity of resistance to T. absoluta within a panel of domesticated and wild tomato accessions and, second, to map the loci controlling resistance (rQTL) as well as metabolite content (mQTL). To characterize the genetic diversity of resistance, we evaluated 24 tomato accessions from five Solanum species, including both wild species and cultivated varieties, for their resistance to T. absoluta through antibiosis and antixenosis mechanisms. Antibiosis resistance assays were conducted under greenhouse conditions (no-choice tests) and in tunnels (choice tests), measuring larval damage parameters such as leaf lesion type, the percentage of attacked leaflets, and the number of small and large mines. Antixenosis resistance assays focused on the attraction or repulsion properties of volatile organic compound (VOC) bouquets emitted by different accessions toward gravid T. absoluta females. In both approaches, phenotypic data were complemented by analyses of leaf metabolite composition and VOC emissions. To map resistance loci and metabolite content, we generated an F2 population derived from a cross between a resistant and a susceptible parent. This population was phenotyped for antibiosis resistance traits and characterized for its foliar metabolite composition. Antibiosis and antixenosis resistance assays revealed inter- and intra-specific diversity, identifying highly resistant accessions such as PI24 (Solanum habrochaites) and highly susceptible ones such as the cultivar 'Rose de Berne' (Solanum lycopersicum). Comparative analysis of metabolic composition and volatile emissions between the most resistant and the most susceptible accessions allowed the identification of metabolites potentially involved in T. absoluta resistance. QTL mapping performed on the F2 progeny from the PI24 × RdB cross identified five environmentally dependent rQTL on chromosomes 5, 6, 9, and 12. Digenic interactions were detected between additive QTL on chromosomes 6 and 9, with a potentially transgressive allele from the susceptible parent 'RdB' contributing to resistance on chromosome 9. Metabolite mapping identified over 3,000 mQTL across two experiments conducted in different seasons. Among them, 59 mQTL co-localized with rQTL regions. These included metabolites annotated as fatty acids, phenylpropanoids, alkaloids, and terpenoids. Notably, three key metabolites—dicaffeoylspermidine, esculetin, and isoquercitrin—co-localized with rQTL on chromosomes 12 and 6, respectively. Candidate genes identified in overlapping intervals included NBS-LRR receptor family members, transcription factors (MYB and ERF), and enzymes potentially involved in metabolite biosynthesis. This study highlights the importance of wild tomato species in identifying diverse resistance mechanisms, including antibiosis and antixenosis, which can be exploited to develop T. absoluta-resistant tomato varieties.

Titre : Exploration de la diversité génétique et métabolique pour identifier les mécanismes de résistance de la tomate contre Tuta absoluta

Résumé :
La mineuse de la tomate, Tuta absoluta, est un ravageur majeur menaçant la production mondiale de tomates (Solanum lycopersicum), soulignant l’urgence de développer des stratégies de lutte durable réduisant l’utilisation des pesticides. Parmi les stratégies de contrôle de ce ravageur, la résistance génétique apparaît comme une piste encore peu explorée et prometteuse. Au sein du genre Solanum, de nombreuses espèces de tomate sauvages sont susceptibles de présenter des caractères de résistance intéressants. L'objectif de ma thèse visait dans un premier temps à caractériser la diversité génétique de la résistance à T. absoluta au sein d’un panel d’accessions de tomates domestiquées et sauvages, puis, dans un second temps, à cartographier les loci contrôlant la résistance (rQTL) ainsi que la teneur en métabolites (mQTL). Pour caractériser la diversité génétique de la résistance, nous avons évalué 24 accessions de tomate couvrant 5 espèces de Solanum, incluant des espèces sauvages et des variétés cultivées, pour leur résistance à T. absoluta via des processus d’antibiose et d’antixénose. Les essais de résistance par antibiose ont été conduits en conditions de serre (tests sans choix) et de tunnel (tests avec choix) et ont impliqué la mesure de paramètres de dommages causés par les larves de T. absoluta, tels que le type de lésion foliaire, le pourcentage de folioles attaquées et les nombre des petites et grandes mines. Les essais de résistance par antixénose ont porté sur les propriétés d’attraction ou de répulsion des bouquets olfactifs émis par les différentes accessions sur des femelles gestante de T. absoluta. Pour ces deux approches les données phénotypiques ont été complétées par des données de composition métabolique des feuilles et d’émissions de composés organiques volatiles. Pour cartographier les loci de résistance et de teneur en métabolites, nous avons généré une descendance F2, issue du croisement entre un parent résistant et un parent sensible, qui a été phénotypée sur des critères de résistance par antibiose et caractérisée pour sa composition en métabolites foliaires. Les essais de résistance par antibiose et antixénose ont permis d’identifier une diversité inter- et intra-spécifique et mis en évidence des accessions fortement résistantes comme PI24 (Solanum habrochaites) et d’autres très sensibles tel que le cultivar Rose de Berne (Solanum lycopersicum). L’analyse comparative de la composition métabolique et du bouquet de volatile émis entre les accessions les plus résistantes et les plus sensibles a permis d’identifier des métabolites potentiellement impliqués dans la résistance à T. absoluta. La cartographie des QTL réalisée sur la descendance F2 issue du croisement PI24 × RdB a identifié cinq rQTL dépendants de l'environnement sur les chromosomes 5, 6, 9 et 12. Des interactions digéniques ont été détectées entre des QTL additifs sur les chromosomes 6 et 9, avec un allèle potentiellement transgressif provenant du parent sensible 'RdB' et contribuant à la résistance sur le chromosome 9. La cartographie des métabolites a permis d’identifier plus de 3000 mQTL dans deux essais conduits à deux saisons différentes. Parmi eux, 59 mQTL co-localisent avec les régions de rQTL. Ils concernent, des métabolites annotés comme acides gras, phénylpropanoïdes, alcaloïdes et terpénoïdes. Plus particulièrement, trois métabolites ont été identifiés (dicaffeoylspermidine, esculetine et isoquercitrine) co-localisant avec les rQTL sur les chromosomes 12 et 6, respectivement. Les gènes candidats identifiés dans les intervalles chevauchants incluent des récepteurs de la famille NBS-LRR, des facteurs de transcription (MYB et ERF), ainsi que des enzymes potentiellement impliquées dans la synthèse de ces métabolites. L’étude souligne l’importance des espèces sauvages pour identifier des mécanismes de résistance diversifiés, y compris antibiose et antixénose, pouvant être exploités pour développer des variétés de tomate résistantes à T. absoluta.

Vous pourrez également suivre son séminaire via ce lien : https://univ-cotedazur.zoom.us/j/81783837878?pwd=NUZxOUJmYlZwZkpKaUVFa1ErV2R2QT09