Abstract

La gale verruqueuse de la pomme de terre est considérée comme l'un des organismes de quarantaine les plus importants pour la pomme de terre cultivée et est causée par le champignon chytride biotrophe obligatoire Synchytrium endobioticum. Cette revue intègre les observations des premières recherches sur la verrue de la pomme de terre et les récentes études moléculaires, génétiques et génomiques de l'agent pathogène et de sa pomme de terre hôte. La taxonomie, l'épidémiologie, la pathologie et la formation de nouveaux pathotypes sont discutées, ainsi qu'un modèle de S. endobiotique–l'interaction de la pomme de terre est proposée.

Taxonomie

Actuellement classé comme royaume : Champignons, embranchement : Chytridiomycota, classe : Chytridiomycètes, ordre : Chytridiales, famille : Synchytriaceae, genre : Synchytrium, espèce : Synchytrium endobioticum, il existe un fort soutien moléculaire pour que les Synchytriaceae soient transférées dans l'ordre des Synchytriales.

Hôtes et symptômes de la maladie

Solanum tuberosum est l'hébergeur principal de S. endobiotique mais d'autres espèces de solanacées ont été signalées comme hôtes alternatifs. On ne sait pas si ces hôtes alternatifs jouent un rôle dans la survie du pathogène dans (les bordures des) champs infestés. Les symptômes de la maladie sur les tubercules de pomme de terre sont caractérisés par des malformations verruqueuses ressemblant à des choux-fleurs qui sont le résultat de l'élargissement et de la multiplication des cellules induites par le agent pathogène. Les tissus méristématiques sur les tubercules, les stolons, les yeux, les pousses et les inflorescences peuvent être infectés alors que le système racinaire de la pomme de terre semble être immunisé.

Pathotypes

Pour  S. endobiotique plus de 40 pathotypes, qui sont définis comme des groupes d'isolats ayant une réponse similaire à un ensemble de variétés différentielles de pomme de terre, sont décrits. Les pathotypes 1(D1), 2(G1), 6(O1) et 18(T1) sont actuellement considérés comme les plus répandus. Cependant, avec l'ensemble différentiel actuel, la diversité des autres agents pathogènes reste largement non détectée.

Interaction pathogène-hôte

Un seul effecteur a été décrit pour S. endobiotique (AvrSen1), qui est reconnu par le produit du gène de résistance Sen1 de la pomme de terre. C'est également le premier effecteur qui a été décrit chez Chytridiomycota, montrant que dans cette division fongique, la résistance correspond également au concept gène pour gène. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés au cours de la dernière décennie dans la cartographie des locus de résistance aux verrues, toutes les résistances présentes dans le germoplasme de sélection de pommes de terre n'ont pas pu être identifiées. L'utilisation de variétés résistantes joue un rôle essentiel dans la gestion des maladies.

1 INTRODUCTION

En 1887, le professeur Károly Schilberszky de l'Université de Budapest a reçu des tubercules de deux champs de pommes de terre à Hornyán (aujourd'hui Horňany en République slovaque) dont toute la récolte était affectée par des malformations ressemblant à des verrues. Les premières études ont été sans succès, mais en 1896, avec de nouveaux tubercules infectés, Schilberszky a pu produire une description de l'agent causal de la gale verruqueuse de la pomme de terre : Synchytrium endobioticum (Schilberszky) Perceval (Schilberszky, 1896, 1930). Actuellement, le champignon biotrophe obligatoire Chytridiomycota (chytride) est considéré comme l'un des organismes de quarantaine les plus importants pour la pomme de terre cultivée dans le monde (Hampson, 1993; Obidiegwu et coll., 2014), et figure sur la liste des agents sélectionnés du ministère de l'Agriculture des États-Unis (USDA) et du ministère de la Santé et des Services sociaux (HHS) (anonyme, 2018).

Les chercheurs étudiant les champignons à l'aube de la phytopathologie devaient s'appuyer sur des caractéristiques morphologiques et morphométriques analysables au microscope pour la classification, la biologie du développement et l'interaction des espèces avec leur environnement. Dans le cas de S. endobiotique, les observations microscopiques remontant aux années 1920 sont toujours parmi les descriptions les plus précises disponibles. Au cours des dernières années, plusieurs articles de recherche ont considérablement augmenté nos connaissances sur la biologie (du génome) de ce pathogène et son interaction avec la pomme de terre. Dans cet article de synthèse, nous combinons les connaissances des premières recherches sur S. endobioticum avec des travaux moléculaires récents et présentons des suggestions de recherches futures pour améliorer la gestion de la maladie.

2 ÉTIOLOGIE ET ​​TAXONOMIE

Chytridiomycota, la lignée fongique basale à laquelle appartient S. endobioticum, est apparue il y a 1000 à 1600 millions d'années (Heckman et al., 2001) et se caractérise par ses spores flagellées mobiles (zoospores) et l'absence d'hyphes ou de mycélium. Les chytrides habitent les milieux aquatiques et terrestres humides et sont des saprophytes ou des agents pathogènes libres pour les plantes et les animaux (Barr, 2001; Moineau, 1960). Initialement, S endobiotique a été placé dans un genre nouvellement érigé dans l'ordre des Chytridiales et a été nommé Chrysophylyctis endobiotique (Schilbersky, 1896). Basé sur la ressemblance morphologique et cytologique avec les membres du genre Synchytrium, il a ensuite été renommé Synchytrium endobioticum (Curtis, 1921; Perceval, 1910).

Le genre Synchytrium, érigé en 1865 avec le pathogène biotrophe obligatoire Synchytrium taraxaci sur le pissenlit comme espèce type, contient environ 200 espèces. Auparavant, tous Synchytrium spp. étaient considérées comme des espèces parasites pour les algues, les mousses, les fougères et les plantes à fleurs (Karling, 1964). Ce point de vue a changé avec la description récente du premier membre saprobe du genre, c'est-à-dire Synchytrium microbalum JEL517, qui a été isolé d'un étang acide dans le comté de Hancock, Maine, États-Unis (Longcore et al., 2016). Les espèces du genre sont attribuées à l'un des six sous-genres en fonction des variations du cycle de vie et des caractéristiques morphologiques, et S. endobiotique a été placé à l'origine dans le sous-genre , car on croyait que les spores au repos donnaient directement naissance à des zoospores. Cependant, le travail de Kole (1965), qui a ensuite été confirmé par Sharma et Cammack, Lange et Olson, et Hampson (Hampson, 1986; Kolé, 1965; Lange & Olson, 1981c; Sharma et Cammack, 1976), a fourni la preuve que les spores au repos fonctionnent comme un prosore, c'est-à-dire une vésicule dans laquelle se forment les sporanges. Ces observations ont entraîné le transfert de S. endobiotique au sous-genre Microsyncytrium.

Basé sur des études de microscopie optique et électronique de l'ultrastructure des zoospores, le placement du genre Synchytrium dans l'ordre des Chytridiales est interrogé (Barr, 1980; Lange & Olson, 1978) et la classification des commandes doit être révisée. Phylogénie moléculaire des espèces de chytrides basée sur l'opéron d'ADNr (18S, 28S et 5.8S) (James et al., 2006) a montré que l'ordre des Chytridiales était polyphylétique, mais les séquences d'ADNr 18S ne pouvaient ni confirmer ni réfuter Synchytrium dans l'ordre des Chytridiales (Smith et al., 2014). Les phylogénies récentes basées sur les génomes mitochondriaux et nucléaires des représentants de Chytridiomycota soutiennent fortement le transfert du genre Synchytrium à l'ordre Synchytriales (van de Vossenberg et al., 2018, 2019c) (Figure 1). L'établissement d'une position taxonomique solide est une étape importante car elle fournit le contexte évolutif correct. Ceci est particulièrement pertinent pour S. endobiotique car il n'est lié que de loin aux agents pathogènes des plantes bien étudiés chez Ascomycota et Basidiomycota , et par conséquent, de nombreuses caractéristiques devraient être distinctes ou avoir évolué indépendamment des autres champignons phytopathogènes.

3 CYCLE DE VIE

Les espèces de Synchytrium varient considérablement dans la complexité de leurs cycles de vie, et S. endobiotique appartient aux espèces à cycle long (Karling, 1964). Le cycle de vie de S. endobiotique a été décrit en détail par Curtis (1921), et ses observations sont largement incontestées aujourd'hui (Figure 2). Pendant la période de repos, alors que le tissu verruqueux de l'hôte se décompose et que les spores au repos sont libérées dans le sol, une nouvelle couche de paroi interne se forme à l'intérieur de la spore au repos, qui agit comme un prosore. Lors de la germination, la paroi externe des spores se rompt et le sorus nouvellement formé (également zoosporange) est libéré, ce qui donne ensuite naissance à de nombreuses (200–300) zoospores haploïdes uninucléées (Lange & Olson, 1981c). ). Les zoospores libérées s'enkystent sur la paroi de la cellule hôte en une heure, après quoi le thalle fongique (ou cellule initiale, sensu Karling, un nom utilisé pour décrire cette structure fongique distincte des hyphes) pénètre dans la paroi de la cellule hôte en laissant la paroi du kyste à l'extérieur de la cellule hôte (Weiss, 1925). On ne sait pas si le thalle fongique pénétrant est entouré par la membrane plasmique de l'hôte, semblable à l'haustorium chez les champignons et les oomycètes (Szabo & Bushnell, 2001), ou s'il est directement en contact avec le cytoplasme de l'hôte. Une cellule hôte peut être infectée par une ou plusieurs zoospores (Lange & Olson, 1981b). Le noyau de l'hôte s'élargit, devient de forme irrégulière et se trouve souvent étroitement apposé au thalle fongique en développement. 19211921) ou des spores d'été. ). Curtis a rapporté qu'au cours de cette mitose répétée, des chromosomes de cinq minutes pouvaient être observés (Curtis, 1921). À ce stade, une décoloration brune du tissu hôte peut être observée au microscope optique. Une croissance hypertrophique (élargissement cellulaire) est induite dans les cellules entourant la cellule hôte infectée. Simultanément, l'hyperplasie (multiplication cellulaire) augmente la quantité de tissu méristématique, ce qui augmente le risque de réinfection de l'hôte (Hampson, 1993). Les cellules hôtes élargies éclatent et libèrent les zoosporanges individuels, qui à leur tour libèrent les zoospores, qui sont morphologiquement indiscernables des zoospores qui émergent des spores au repos. Ces zoospores peuvent réinfecter les tissus de l'hôte et recommencer le cycle de réplication asexuée. Alternativement, les zoospores peuvent également agir comme des isogamètes, fusionnant pour former un zygote biflagellé diploïde (sensu Curtis) qui peut infecter l'hôte de la même manière que les zoospores haploïdes (Curtis, 1921). Cependant, au lieu de former des spores d'été, les cellules hôtes infectées par les zygotes donnent naissance aux spores de repos à paroi épaisse. La spore au repos mesure 35 à 80 μm de diamètre et peut rester viable et infectieuse dans les sols à des profondeurs de 50 cm pendant des décennies (Przetakiewicz, 2015b). La paroi externe épaisse de la spore au repos est composée d'un complexe chitine-protéine et se compose du protoplasme mort de l'hôte et de la paroi cellulaire qui est unie à la paroi fongique pour créer une structure composite ferme (Bal et al., 1981; Lange & Olson, 1981). Même dans des conditions favorables, seuls de faibles pourcentages (environ 10 % au maximum) de spores au repos sont amenés à germer (Kole, 1965). Cependant, ces faibles pourcentages semblent contredire les résultats rapportés sur la réduction annuelle des niveaux d'inoculum allant de 70 % à 99.5 % pendant la culture d'espèces non hôtes (Baayen et al., 2005). Alors que les infections par des zoospores induisent une croissance hypertrophique et une hyperplasie chez l'hôte, ce n'est pas le cas des cellules hôtes infectées par des zygotes (Karling, 1964).

Curtis a décrit l'occurrence de la caryogamie après la fusion des isogamètes et des divisions méiotiques avant la germination des spores au repos, mais cela a fait l'objet de débats (Karling, 1964). Il n'est pas clair si cette partie du S. endobiotique cycle de vie implique un cycle sexuel ou parasexuel. Dans les deux cas, les isogamètes fusionnent (plasmogamie) après quoi les noyaux fusionnent (caryogamie) pour former un noyau diploïde. Là où un cycle sexuel est hautement coordonné et implique des divisions méiotiques, les cycles parasexuels produisent des gamètes par mitose où la recombinaison est limitée au remaniement chromosomique suite à l'haploïdisation (Sidhu, 1983). Les études en microscopie électronique n'ont pas été en mesure de fournir une description ultrastructurale de la fusion des gamètes ou des divisions méiotiques (Lange & Olson, 1981b). Les gènes centraux de la méiose ont été identifiés dans S. endobiotique, mais en raison de la présence et de l'absence inégales de certains gènes et de l'absence de gènes de type sexuel dans l'analyse génomique comparative des espèces de chytrides (van de Vossenberg et al., 2019c), 3une réponse concluante sur la capacité de S. endobiotique subir un cycle sexuel reste insaisissable, mais crucial pour comprendre la génétique et la sélection des populations.

S. endobiotique a un mode de vie biotrophe strictement obligatoire et la co-évolution prolongée avec l'hôte aurait pu entraîner la perte de gènes essentiels de son génome, ce qui entraîne une dépendance vis-à-vis de l'hôte. Les gènes des voies essentielles, y compris pour la synthèse du GTP, se sont avérés absents de la S. endobiotique génome (van de Vossenberg et al., 2019c). La perte de tels gènes caractérise la relation étroite entre l'agent pathogène et son hôte et pourrait expliquer le mode de vie biotrophique obligatoire.

4 SYMPTÔMES DE LA MALADIE ET ​​PLANTES HÔTES

Alors que l'hôte n'est souvent pas sérieusement affecté par l'infection par Synchytrium spp., ce n'est pas le cas pour S. endobiotique sur sa principale pomme de terre hôte (Karling, 1964). Les symptômes de la maladie sur les tubercules de pomme de terre sont caractérisés par des malformations verruqueuses semblables à des choux-fleurs qui sont le résultat d'une hypertrophie et d'une hyperplasie cellulaire induites par l'agent pathogène. Les tissus méristématiques sur les tubercules, les stolons, les yeux, les pousses et les inflorescences peuvent être infectés alors que le système racinaire de la pomme de terre semble être insensible (Karling, 1964; Weiss, 1925).

Les verrues formées sur les parties souterraines de la plante sont des protubérances compactes. En revanche, les malformations sur les parties aériennes de la plante affectée semblent suivre la morphologie de l'organe de la plante infectée (Figure . 3/XNUMX/XNUMX). Deux principaux types de symptômes peuvent être différenciés sur les parties aériennes infectées des plantes, à savoir les malformations des feuilles et les malformations des pousses. Le développement normal semble stoppé en cas de malformation foliaire, alors qu'il se poursuit plus ou moins en cas de malformation des pousses. De plus, la formation de racines aériennes a été observée après l'infection des pousses, ce qui pourrait indiquer un changement dans le transport de l'auxine (van de Vossenberg et al., 2019b). De nombreux pathogènes végétaux synthétisent des hormones végétales, des toxines et des effecteurs pour manipuler la diaphonie hormonale et faciliter l'infection (Ma & Ma, 2016). Les gènes de S. endobioticum impliqués dans la perturbation du système phytohormonal, qui conduit à l'induction d'une croissance hypertrophique et d'une hyperplasie, restent à identifier. Les premiers rapports sur la protéomique et la transcriptomique comparatives entre les tissus verruqueux et non verruqueux sont apparus (Li et al., 2021; Szajko et coll., 2019), mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment l'agent pathogène manipule son hôte et quelles voies et quels gènes sont impliqués.

Hôtes pouvant être infectés par S. endobiotique ne se limitent pas aux génotypes sensibles de Solanum tuberosum. D'autres espèces de solanacées telles que Solanum lycopersicum (tomate), morelle solanum (doux-amer), Solanum nigrum (morelle noire), Solanum nodiflorum (syn. Solanum américain, morelle d'Amérique), Solanum pseudocapsicum (cerise de Jérusalem), Solanum villosités (morelle poilue), Datura métal var. rapide (trompette des anges), Physalodes de Nicandra (pomme du Pérou), et Physalis franchetii (lanterne chinoise) ont été signalés comme hôtes alternatifs dans des conditions expérimentales (coton, 1916; Hampton, 1976). Chez la plupart de ces hôtes alternatifs, très peu ou pas d'hypertrophie a été observée, mais des spores au repos nouvellement formées de S. endobioticum se sont avérées présentes dans les tissus infectés.

Fait intéressant, le système racinaire de la pomme de terre n'est pas affecté par l'agent pathogène, alors que les racines sont colonisées chez la tomate (Hampson & Haard, 1980). Hampton (1976) ont testé la réaction de 123 cultivars de tomates aux pathotypes 2(G1) et 8(F1) de S. endobioticum et toutes les combinaisons testées ont entraîné une infection de l'hôte (Hampson, 1976, 1979b). Apparition de S. endobiotique sur des espèces de solanacées sauvages a été signalé au Mexique, mais ce signalement n'a pas été confirmé par les autorités mexicaines (Obidiegwu et al., 2014).

5 DISTRIBUTION, DISPERSION ET GESTION DES MALADIES

Distribution 5.1

À l’heure actuelle, S. endobiotique a été signalé sur tous les continents où la pomme de terre est cultivée (EPPO, 2018). On pense que la verrue verruqueuse de la pomme de terre est originaire de la région andine, où elle a co-évolué avec ses hôtes solanacées (Przetakiewicz, 2008). La maladie a très probablement été introduite en Europe après la grande famine de la pomme de terre (1845-1849) causée par Phytophthora infestans, lorsque les producteurs avaient besoin de nouvelles pommes de terre de semence (Hampson, 1993). D'après les descriptions de rapports non scientifiques, la maladie verruqueuse était probablement présente dès 1876 (Gough, 1919). Hampson considérait la propagation du Royaume-Uni vers le continent européen, le Canada et (via l'Irlande) l'Afrique du Sud et la Nouvelle-Zélande comme le scénario le plus probable (Hampson, 1993). Dans les décennies qui ont suivi la description de l'agent pathogène, des rapports sur la maladie sont parvenus de différents pays décrivant la première apparition de la verrue verruqueuse sur leur territoire, par exemple, l'Allemagne (1908), l'Irlande (1908), le Canada (1909), la Suède (1912) , Pays-Bas (1915), République tchèque (1915) et Pologne (1917) (Baayen et al., 2006; EPPO, 2018; Gough, 1919; Hampton, 1993; Obidiegwu et coll., 2014). En 1952, la verrue verruqueuse a été introduite en Inde à partir de pommes de terre de semence danoises (Phadtare et al., 1990).

Les deux guerres mondiales ont joué un rôle dans la propagation de la maladie à travers le continent européen. À la fin de la Première Guerre mondiale, il y avait une pénurie de pommes de terre de consommation et de semence, et les pommes de terre des régions infectées du Royaume-Uni étaient utilisées comme semence dans les districts qui n'étaient pas touchés par la maladie (Gough, 1919). De même, on pense que la gale verruqueuse de la pomme de terre a été introduite dans l'ex-Union des Républiques socialistes soviétiques (URSS) avec le mouvement des troupes allemandes au début de la Seconde Guerre mondiale (Hampson, 1979). Après la Seconde Guerre mondiale, le commerce de pommes de terre de semence infectées a souvent été suggéré comme cause de propagation à d'autres pays. Plus récemment, la maladie a été signalée pour la première fois en Turquie (2003) (Çakır, 2005), Bulgarie (2004) (Dimitrova et al., 2011) et Géorgie (2009) (Gorgiladze et al., 2014). De plus, la maladie est récemment réapparue au Danemark (2014), où elle était censée être éradiquée depuis 1989 (Anonyme, 2014).

5.2 Gestion de la maladie

Des pays du monde entier ont mis en place des systèmes de contrôle pour prévenir l'introduction et la propagation de S. endobiotique dans la législation nationale ou régionale. Lignes directrices pour les systèmes nationaux de contrôle réglementaire pour la surveillance, le confinement et la suppression des S. endobiotique sont fournies par l'Organisation européenne et méditerranéenne pour la protection des plantes (EPPO) dans la norme PM9/005, qui décrit (a) les éléments du programme de surveillance qui doivent être mis en œuvre pour détecter une nouvelle infestation ou pour délimiter une zone infestée ; (b) les mesures visant à supprimer le ravageur là où il se trouve ; et (c) les mesures visant à contenir le ravageur pour empêcher sa propagation ultérieure dans un pays ou vers les pays voisins (EPPO, 2017bEn bref, les champs où le pathogène est présent sont placés sous contrôle officiel (c’est-à-dire « désignés »). Aucune production de pommes de terre ni de plants n’est autorisée pendant 20 ans. Une zone de sécurité, ou zone tampon, est établie et seules les variétés de pommes de terre résistantes y sont cultivées.EPPO, 2017, 2017bUne parcelle peut être partiellement déclassée après une période plus courte (au moins 10 ans) afin que des variétés de pommes de terre de consommation résistantes au(x) pathotype(s) présent(s) dans la parcelle infestée puissent être cultivées (EPPO, 2017).

Pour réduire ou éradiquer l'agent pathogène des sols infestés, un nombre impressionnant de plus de 600 traitements différents, y compris l'application de plus de 120 agents de contrôle, ont été testés jusqu'aux années 1960 (Hampson, 1988). Ces traitements ont échoué dans la plupart des cas, et s'ils ont réussi à éradiquer l'agent pathogène, les agents de contrôle utilisés étaient si toxiques qu'ils ont rendu stériles les sols traités. Il a été démontré que l'utilisation de carapace de crabe broyée réprimait la maladie verruqueuse dans les champs infestés (Hampson & Coombes, 1995), et il a été rapporté que la rotation des cultures et la culture intercalaire de pommes de terre avec d'autres cultures comme le maïs réduisaient le nombre de spores viables au repos dans les sols (Obidiegwu et al., 2014). La recherche de traitements chimiques a été largement abandonnée à partir des années 1960 car les mesures phytosanitaires et l'utilisation de variétés résistantes se sont révélées efficaces pour minimiser la propagation de la maladie.

Coton (1916) ont émis l'hypothèse que des hôtes alternatifs, que l'on trouve fréquemment à l'intérieur et en bordure des champs de pommes de terre, pourraient agir comme des réservoirs de la maladie et ainsi favoriser la survie de l'agent pathogène lorsque seules des variétés de pommes de terre résistantes sont cultivées (Cotton, 1916; Hampton, 1979b). Le rôle des hôtes alternatifs comme réservoirs de S. endobiotique et leur potentiel à prolonger la longévité de l'agent pathogène dans des conditions de terrain n'ont pas été étudiés et il est recommandé de combler ce manque de connaissances. Il a cependant été observé que la présence d'espèces non-hôtes, Solanum nigrum, et les variétés de pommes de terre résistantes sur les parcelles infestées n'entraînent pas d'accumulation d'inoculum pathogène (Baayen et al., 2005).

5.3 Dispersion et suivi de la propagation des agents pathogènes

Bien que l'agent pathogène reste généralement limité aux parties infestées des champs, une dispersion locale et sur de longues distances est rencontrée. La propagation de la maladie par l'activité humaine a été reconnue très tôt, et le mouvement des pommes de terre de semence infectées, du sol et du fumier était considéré comme ayant la plus grande contribution à la dissémination locale et à longue distance de l'agent pathogène (Gough, 1919). Les zoospores ne jouent pas de rôle dans la dissémination sur de longues distances car elles migrent activement sur de petites distances allant jusqu'à 5 cm (Franc, 2007). De plus, les zoospores ont une courte durée de vie, ce qui limiterait davantage leur rôle dans la dispersion à longue distance. En revanche, il a été signalé que les spores au repos sont transportées par les courants d'eau (Weiss, 1925) et le vent (Hampson, 1996; Josting, 1909), tenant compte de la dispersion sur de plus grandes distances. Il a été démontré que les planchers des voitures, des camionnettes et des camions circulant à Terre-Neuve (Canada), où l'agent pathogène est largement répandu, hébergent des spores infectieuses au repos (Hampson & Wood, 1997; Hamson et al., 1996). Une autre vector pour le transport sur de longues distances, les spores reposent dans des verrues discrètes, lorsque ces tubercules sont utilisés comme graines ou transformés industriellement (Hampson, 1993Enfin, les déchets organiques issus de la transformation doivent être désinfectés avant de pouvoir être utilisés comme engrais en agriculture, en horticulture ou dans les jardins privés, par exemple par compostage ou pasteurisation (EPPO, 2008). Bien que ces techniques se soient avérées efficaces contre les ravageurs des plantes tels que les nématodes à kyste de la pomme de terre, elles ont peu ou pas d'effet sur les sporanges au repos des S. endobiotique (Steinmoller et al., 2012). De plus, le compostage des matières de pommes de terre infectées fait partie de la préparation de l'inoculum pour les tests de Spieckermann (EPPO, 2004). La fiabilité et la reproductibilité de la détection des agents pathogènes dans les matériaux et les sols ont augmenté avec la description des tests PCR en temps réel basés sur ITS1, ITS2 et la petite sous-unité ribosomale 18S, qui offrent une sensibilité accrue pour la détection des spores dans les sols et d'autres matrices ( van Gent-Pelzer et al., 2010; Smith et al., 2009). Des essais moléculaires supplémentaires qui permettraient la détection spécifique de spores viables au repos amélioreraient encore l'application des méthodes moléculaires. La détection précoce des agents pathogènes combinée au suivi et au traçage en utilisant, par exemple, la diversité mitogénomique permettra aux organismes de réglementation de prendre des mesures fondées sur les risques et d'identifier les origines potentielles et d'identifier ou de disqualifier les sources potentielles d'épidémie. Des modèles épidémiologiques peuvent être utilisés dans l'évaluation des risques et la prévision de la propagation future d'agents pathogènes afin de prioriser les régions pour les enquêtes phytosanitaires, comme cela a été démontré dans une étude de cas pour la république de Géorgie (Andersen Onofre et al., 2021).

6 INTERACTION MOLÉCULAIRE PATHOGÈNE-HÔTE

Les génomes des plantes et des micro-organismes visant à les coloniser sont façonnés par des millions d'années de co-évolution (Carella et al., 2018). Un modèle moléculaire S. endobiotique–interaction avec la pomme de terre (Figure 4) peut être esquissé en combinant des connaissances basées sur des études de microscopie optique et de microscopie électronique sur l'interaction (Cartwright, 1926; Curtis, 1921; Hampton, 1986; Lange & Olson, 1978b, 1981, 1981b, 1981c), connaissance générale des interactions fongiques plante-pathogène (revue dans Carella et al., 2018; Lo Presti et coll., 2015; Selin et coll., 2016; de Wit et coll., 2009), et des études génomiques récentes (van de Vossenberg et al., 2019, 2019c).

6.1 Envahir l'hôte

Après avoir été libérées des spores d'été ou des spores au repos, les zoospores de S. endobiotique doivent identifier et se déplacer vers une cellule hôte appropriée, sur laquelle ils s'enkystent avant de pénétrer. Les zoospores de champignons phytopathogènes et d'oomycètes sont connues pour diriger leur mouvement en répondant à des stimuli externes (Islam & Tahara, 2001). Dans leur revue, Obidiegwu et al. (2014) mentionnent les recherches menées par Esmarch (1924-1928) sur la réponse des S. endobiotique zoospores aux stimuli chimiotactiques de l'hôte. Malheureusement, nous n'avons pas pu récupérer d'informations supplémentaires sur la nature et les effets de ces stimuli. De l'analyse des génomes des chytrides pathogènes S. endobiotique et Batrachochytrium dendrobatidis, des expansions de gènes associées à la chimiotaxie ont été observées par rapport aux espèces de chytrides saprobiques. De plus, les gènes impliqués dans la voie de signalisation des récepteurs couplés aux protéines G se sont révélés enrichis en S. endobiotique par rapport à neuf autres espèces de chytrides (van de Vossenberg et al., 2019c). Les récepteurs couplés aux protéines G liés à la membrane détectent les signaux environnementaux (Xue et al., 2008), et dans le cas de S. endobiotique ils pourraient être impliqués dans la détection de signaux spécifiques dérivés de l'hôte.

Lorsqu'elle tente de s'enkyster sur la cellule hôte avant la pénétration, la zoospore envahissante doit échapper et/ou supprimer le système immunitaire inné de la plante. Les récepteurs de reconnaissance de formes liés à la membrane végétale (PRR) déclenchent le système immunitaire lors de la reconnaissance de modèles moléculaires associés aux agents pathogènes (PAMP) conservés. La réponse de défense déclenchée par les PRR est appelée immunité déclenchée par PAMP (PTI) et conduit à des ajustements chimiques et physiques qui arrêtent la prolifération des agents pathogènes. Ces réponses comprennent la production d'espèces réactives de l'oxygène, des changements rapides dans la biosynthèse hormonale et le renforcement de la paroi cellulaire par dépôt de callose (Toruño et al., 2016). Le PTI est considéré comme efficace contre les microbes non adaptés et est généralement considéré comme une première couche du système de défense des plantes (Lo Presti et al., 2015; Zipfel, 2008). Produits de dégradation de la chitine, un composant insoluble de la paroi cellulaire des champignons également présent dans S. endobiotique, agissent comme des PAMP. Le champignon doit sécréter des protéines effectrices qui masquent les oligomères de chitine ou suppriment la réponse immunitaire ultérieure de l'hôte. Chez les plantes, plusieurs récepteurs de chitine liés à la membrane ont été identifiés qui contiennent tous des domaines LysM extracellulaires (Kombrink et al., 2011). Chez les champignons, il a été rapporté que les effecteurs LysM interfèrent en se liant à la chitine et empêchent ainsi les réponses immunitaires déclenchées par la chitine (Bolton et al., 2008). Dans S. endobiotique, les protéines contenant LysM se sont révélées enrichies par rapport aux neuf espèces de chytrides non phytopathogènes analysées (van de Vossenberg et al., 2019c). Ces protéines contenant du LysM pourraient avoir une fonction dans l'interférence de l'immunité déclenchée par la chitine ou la protection contre les chitinases, ou agir comme des toxines tueuses pour combattre les champignons concurrents (Tzelepis & Karlsson, 2019).

Le système immunitaire inné des plantes n'est pas seulement déclenché par les PAMP conservés. Plusieurs produits de dégradation de la paroi cellulaire végétale sont classés dans la catégorie des modèles moléculaires associés aux dommages (DAMP) et peuvent conduire à une immunité déclenchée par le DAMP (DTI) (Gust et al., 2017). Une teneur réduite en enzyme dégradant la paroi cellulaire (CWDE) a déjà été trouvée dans l'agent pathogène de type furtif Zymoseptoria tritici (Goodwin et coll., 2011) et le champignon biotrophe et symbiotique Lacaire bicolore (Martin et al., 2008). Dans ces systèmes plantes-microbes, on a émis l'hypothèse qu'un répertoire CWDE réduit pourrait empêcher le DTI (Choi & Klessig, 2016). Par rapport à son espèce sœur saprobe S. microbalum, S. endobiotique a un ensemble réduit de CWDE, et il est probable que S. endobiotique emploie une stratégie furtive pour échapper à la détection et établir son mode de vie biotrophique (van de Vossenberg et al., 2019c).

6.2 À l'intérieur du cytoplasme de l'hôte

Actuellement, on ne sait pas comment les effecteurs atteignent le cytoplasme de l'hôte. Des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer s'il existe un mécanisme d'absorption, comme cela a été décrit pour d'autres pathogènes fongiques et oomycètes. Mais après pénétration de l'hôte, le thalle fongique peut sécréter directement des protéines effectrices dans la cellule hôte pour manipuler le métabolisme, ce qui entraîne une hypertrophie et une hyperplasie du tissu de la pomme de terre. Contrairement aux PAMP hautement conservés et aux modèles moléculaires associés aux microbes, les effecteurs sont très divers, souvent spécialisés envers un hôte spécifique et spécifiques à une espèce ou même à une souche. On pense que le répertoire effecteur complexe des champignons phytopathogènes influence le mode de vie fongique et la spécialisation de l'hôte (Lo Presti et al., 2015). Les plantes ont répondu à la suppression induite par les effecteurs de la PTI en développant des protéines de résistance (R) hautement spécifiques. Ces récepteurs intracellulaires appartiennent à la superfamille conservée de liaison aux nucléotides et de domaines répétés riches en leucine (NLR), et peuvent interagir directement avec des effecteurs pathogènes ou impliquer indirectement des cibles effectrices ou des mimiques structurelles de ces cibles (Jones et al., 2016; Lo Presti et coll., 2015Lors de la reconnaissance des protéines effectrices par les protéines R apparentées, la seconde ligne de défense de la plante, appelée immunité déclenchée par les effecteurs (ETI), est activée. Les effets de l'ETI sont l'induction de gènes liés à la pathogenèse et une réponse hypersensible locale (HR), visible par la mort cellulaire localisée au site d'infection. Les effecteurs reconnus par les protéines R sont qualifiés d'avirulence.AVR) protéines. Pour S. endobiotique, un seul effecteur a été décrit à ce jour, AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2019), qui correspond à la pomme de terre Sen1R gène. C'est également le premier effecteur qui a été décrit chez Chytridiomycota, ce qui montre que dans cette division des champignons, la résistance correspond également au concept gène pour gène. Des observations microscopiques ont montré que les zoospores pénètrent aussi bien les variétés résistantes que les plantes sensibles (Cartwright, 1926), de sorte qu'aucune différenciation entre les différents pathotypes n'est attendue dans le répertoire effecteur utilisé pour supprimer l'immunité déclenchée par PAMP dans la phase extracellulaire. Cependant, dans une interaction incompatible (par exemple, AvrSen1-Sen1), l'agent pathogène meurt quelques heures après la pénétration de l'hôte en raison de ce qui a été décrit comme une nécrose de défense induite par l'agent pathogène (Cartwright, 1926; Karling, 1964). L'effecteur AvrSen1 devrait être reconnu de manière intracellulaire, car il déclenche une HR lors de son expression dans le cytoplasme de la plante. Ceci correspond à la localisation intracellulaire du présumé sen1 produit génique, qui présente une homologie avec les récepteurs TNL (Prodhomme, 2020).

6.3 Évolution des effecteurs

L'ETI étant un mécanisme clé de la résistance aux verrues, elle nécessite une connaissance de la composition et de la distribution des effecteurs dans S populations endobioticum, illustrées par le clonage de AvrSen1. Les isolats de pathotype 1(D1) sont définis par leur avirulence sur les plantes Sen1. Cette distinction a été utilisée pour identifier AvrSen1, qui était présumé être présent dans les isolats de pathotype 1(D1) mais (fonctionnellement) absent dans les « pathotypes supérieurs » (voir section 7). Cinq variantes différentes d'AvrSen1 ont été trouvées dans des pathotypes supérieurs qui ne pouvaient pas déclencher de RH chez les plantes Sen1. Cela a montré que AvrSen1 muté plusieurs fois au cours de l'évolution, probablement pour échapper à la détection par Sen1 (van de Vossenberg et al., 2019). Dans plusieurs populations de pathotypes plus élevés, qui surmontent la résistance à Sen1, la fonction AvrSen1 a également été trouvé à de très basses fréquences à côté des variantes (van de Vossenberg et al., 2019). Apparemment, AvrSen1 est maintenu à de faibles niveaux dans la population fongique virulente, ce qui pourrait suggérer une sélection équilibrée dans laquelle AvrSen1 a une fonction de virulence. Cependant, une telle fonction de virulence proposée n'est pas essentielle dans des cycles répétés de propagation sur sen1 plantes à travers les spores d'été (c'est-à-dire, test de Glynne – Lemmerzahl), ce qui a rendu AvrSen1 indétectable dans la population. Comme pour de nombreux autres effecteurs fongiques (Lo Presti et al., 2015), AvrSen1 manque de domaines fonctionnels identifiés ou d'une fonction prédite. L'absence de signaux de localisation nucléaire, mitochondriale ou chloroplastique suggère une cible cytoplasmique. Dans l'isolat canadien de pathotype 6(O1) LEV6574, le gène AvrSen1 tronqué est exprimé in vivo (van de Vossenberg et al., 2019c). La fonction et l'importance d'AvrSen1 au cours de l'infection ne sont pas encore connues. Même si les effecteurs fongiques sont souvent considérés comme inutiles en raison de la redondance fonctionnelle, un compromis entre la nécessité de maintenir un effecteur car il a un rôle dans la virulence et la nécessité d'éviter la reconnaissance par la plante hôte est susceptible d'exister (Sharpee & Doyen, 2016). La question de savoir si les protéines tronquées peuvent agir comme des homologues fonctionnels et si d'autres homologues fonctionnels sont présents dans des pathotypes supérieurs sont des questions qui restent à résoudre.

6.4 Sélection de nouvelles variétés de pommes de terre résistantes

Des variétés de pommes de terre résistantes à la verrue verruqueuse ont été signalées dès 1909 et, en 1919, des essais d'immunité effectués au Royaume-Uni, en Allemagne et aux États-Unis ont abouti à la publication d'une liste de 64 variétés de pommes de terre résistantes à la maladie (Gough, 1919). Fait intéressant, la résistance à la maladie verruqueuse de la pomme de terre a été l'un des premiers traits chez les plantes étudiées pour l'hérédité mendélienne (Salaman & Lesley, 1923). La sélection classique pour la résistance a commencé il y a environ un siècle et a très bien réussi à sélectionner des variétés résistantes à la maladie. L'utilisation de variétés résistantes et de mesures phytosanitaires strictes a été un tel succès que la sélection pour la résistance à la verrue de la pomme de terre a perdu la priorité jusqu'à la découverte de nouveaux pathotypes qui ont provoqué des maladies dans des variétés auparavant résistantes (Obidiegwu et al., 2015). Cette rupture de résistance distinguait le pathotype 1(D1) des pathotypes supérieurs. Plusieurs ressources pour la résistance aux verrues ont pu être distinguées et des analyses quantitatives des locus de résistance (QRL) ont identifié des régions génomiques offrant une résistance aux (combinaisons de) les pathotypes d'importance majeure sur chaque chromosome (Obidiegwu et al., 2015; Prodhomme et coll., 2020). Dans ces études de cartographie, les QRL à effet majeur et mineur ont pu être distingués. Un système de dénomination distinct pour les QRL à effet majeur et mineur a donc été établi. Les principaux QRL sont appelés gènes Sen (de S endobiotique), suivi d'un numéro séquentiel.

Le gène R majeur responsable de la résistance au pathotype 1(D1) a été nommé sen1 et Hehl et al. l'a cartographié à l'extrémité distale de la partie supérieure du bras du chromosome 11 (Hehl et al., 1999). D'autres analyses fines et fonctionnelles ont montré que sen1 code pour un récepteur immunitaire de type TNL (Prodhomme et al., 2020). sen1 est largement répandu dans le germoplasme de sélection de pomme de terre (Prodhomme et al., 2020, 2020b) et était déjà présent dans des variétés anciennes telles que Pink Fir Apple (1850), Champion (1876) et Belle de Fontenay (1885), ce qui suggère sen1 était présent dans le matériel de sélection européen avant la première introduction de S. endobiotique en Europe (Prodhomme et al., 2020b). sen1, bien qu'étant la principale source de résistance au pathotype 1(D1), n'explique pas toute la résistance au pathotype 1(D1) présente dans le matériel d'amélioration de la pomme de terre. Un deuxième gène dominant indépendant pour la résistance au pathotype 1(D1) (Sen1-4), génétiquement cartographié sur le bras long du chromosome 4, a été identifié par Brugmans et al. (2006). La distribution de ce gène dans le matériel d'élevage n'a pas été étudiée de manière approfondie et on ne sait pas s'il s'agit d'une source importante de résistance au pathotype 1(D1) ou à tout autre pathotype.

La résistance aux pathotypes supérieurs est observée moins fréquemment dans le germoplasme de sélection de pomme de terre et l'identification des loci offrant une résistance à un ou plusieurs de ces pathotypes est cruciale pour développer de nouvelles variétés résistantes. sen2 fournit une large résistance aux pathotypes 1(D1), 2(Ch1), 2(G1), 3(M1), 6(O1), 8(F1), 18(T1) et 39(P1) et a été cartographié sur chromosome 11, distant d'environ 32 Mb du sen1 lieu (Plich et al., 2018). sen2 a été identifié dans un hybride diploïde complexe de pomme de terre avec de multiples origines d'espèces sauvages et n'est probablement pas encore introgressé dans des variétés commerciales (Prodhomme et al., 2020). sen3 offre également une large résistance aux pathotypes 1(D1), 2(G1), 6(O1) et 18(T1) et réside au même locus que sen1, sur la partie supérieure du bras du chromosome 11 (Bartkiewicz et al., 2018; Obidiegwu et coll., 2015; Prodhomme et coll., 2019). Ce gène se trouve principalement dans les variétés de pomme de terre allemandes et polonaises descendant du clone de pomme de terre BRA9089, le donneur unique putatif de sen3 dans les variétés commerciales (Prodhomme et al., 2019, 2020). sen4 fournit une résistance aux pathotypes 2(G1), 6(O1) et 18(T1) et a été cartographié sur le bras long du chromosome 12. sen4 se trouve principalement dans les variétés d'amidon néerlandais qui descendent du clone de reproduction AM78-3704. En outre, sen4 se trouve dans la variété allemande Panda mais probablement d'une autre source que le matériel hollandais (Prodhomme et al., 2020). Actuellement, sen5 est très rare dans le matériel d'amélioration de la pomme de terre, n'ayant été identifié jusqu'à présent que dans trois cultivars néerlandais d'amidon commerciaux. sen5 remonte à l'ancêtre commun VE71-105 et a probablement été introgressé dans le germoplasme Solanum vernei (Prodhomme et al., 2020).

Bien que des progrès significatifs aient été réalisés au cours de la dernière décennie dans la cartographie des loci de résistance à la maladie des verrues plantaires, toutes les résistances présentes dans le matériel génétique de sélection de la pomme de terre n'ont pas pu être identifiées. C'est le cas même pour les variétés de la gamme EPPO ensemble différentiel. Par exemple, la forte résistance aux pathotypes 2(G1), 6(O1), 8(F1) et 18(T1) observée chez la variété Belita provient probablement des espèces sauvages S.vernei. Cette résistance est distincte de sen5, comme Belita est négatif pour le sen5 marqueurs. La résistance de Belita reste à caractériser génétiquement. Également dans le EPPO La résistance observée chez la variété Saphir aux pathotypes 6(O1), 8(F1) et 18(T1), qui pourrait provenir du clone de sélection MPI 44.1016/24, reste à identifier. D'autres variétés de pommes de terre négatives pour tous les gènes Sen décrits jusqu'à présent, mais résistantes à un ou plusieurs pathotypes, ont été signalées (Prodhomme et al., 2020). Celles-ci indiquent que des sources de résistance supplémentaires déjà présentes dans le pool génétique commercial peuvent être davantage caractérisées et exploitées. Fait intéressant, la cartographie des QRL à effet majeur et mineur a indiqué qu'ils colocalisent avec des groupes de récepteurs impliqués dans l'immunité innée (Hehl et al., 1999). L'ETI est donc probablement le principal déterminant de la résistance aux verrues. L'ETI est facilement surmontée lorsqu'un seul effecteur est perdu dans l'agent pathogène et il est généralement reconnu que l'empilement de plusieurs récepteurs ETI dans les variétés de cultures est obligatoire pour améliorer la durabilité de la résistance (Luo et al., 2021).

Dans le processus de sélection d'une résistance efficace à la maladie verruqueuse dans les programmes de sélection, les QRL à effet majeur et mineur ont été empilés, indiquant que cela peut être une exigence pour le contrôle efficace de l'agent pathogène (Prodhomme et al., 2020). Variétés à un seul R peut montrer une résistance incomplète, en particulier aux pathotypes supérieurs dont les isolats sont génétiquement très complexes. Afin d'améliorer la durabilité de la résistance à la verrue dans les nouvelles variétés, l'empilement des QRL de la verrue pourrait donc être un aspect important des stratégies de sélection. Dans de tels schémas d'empilement, l'utilisation de Sen les gènes qui reconnaissent un large spectre d'isolats sont préférés afin de réduire le nombre de loci à combiner.

7 SYSTÈMES DE PATHOTYPAGE

En 1931, Köhler a déclaré que l'agent pathogène avait une composition uniforme et que les différences entre les isolats de l'agent pathogène n'étaient pas connues (Hampson, 1993). Cependant, dans les années 1930, des variétés de pommes de terre résistantes du Royaume-Uni cultivées à Terre-Neuve (Canada) se sont avérées très sensibles à la souche locale de S. endobiotique (Olsen, 1961), et dans les décennies qui ont suivi, l'existence de différents pathotypes de S. endobioticum est devenue évidente. Pour S. endobiotique plus de 40 pathotypes sont actuellement reconnus, qui sont définis comme des groupes d'isolats ayant une réponse similaire à un ensemble de variétés différentielles de pomme de terre. Après la Seconde Guerre mondiale, lorsque le continent européen était politiquement divisé en une partie orientale et occidentale, différentes conventions de dénomination ont été mises en place pour identifier les nouveaux foyers d'infection. En Europe de l'Est, les nouveaux pathotypes ont été nommés d'après l'origine où ils ont été trouvés, mais en Europe de l'Ouest, des numéros arabes séquentiels ont été utilisés pour définir de nouveaux pathotypes. En conséquence, les premiers nouveaux pathotypes officiellement décrits trouvés à Gießübel et Silberhütte en 1941 ont été nommés G1 et SB à l'est mais 2 et 3 à l'ouest, respectivement. Bayen et al. (2006) ont proposé une harmonisation du système de dénomination des pathotypes en 2006, qui est encore utilisé aujourd'hui (Baayen et al., 2006). Dans ce système, les deux conventions de dénomination sont combinées, par exemple 2(G1) pour l'isolat de pathotype 2 identifié à Gießübel. Dans les années qui ont suivi la description des pathotypes 2(G1) et 3(SB), de nouveaux S. endobiotique des pathotypes ont été signalés en Allemagne, en Pologne, en République tchèque et en Ukraine, sur la base de leur interaction avec des panels différentiels de variétés de pommes de terre résistantes et sensibles localement populaires. Parmi ces nouveaux pathotypes figurent les pathotypes allemands 6(O1) (trouvé chez Olpe, 1952), 8(F1) (Fulda, 1954) et 18(T1) (Trannroda, 1978) (Baayen et al., 2006). La première S. endobiotique pathotype est aujourd'hui connu sous le nom de pathotype 1 (D1), et collectivement les isolats non pathotype 1 (D1) sont appelés pathotypes supérieurs. Cependant, il est important de noter que cela n'implique pas que les pathotypes supérieurs descendent du pathotype 1 (D1). Les pathotypes 1(D1), 2(G1), 6(O1) et 18(T1) sont actuellement considérés comme les plus répandus et d'importance majeure. Les deux derniers pathotypes formellement décrits sont 38(Nevşehir) de Nevşehir (Turquie, 2009) et 39(P1) de Piekielnik (Pologne, 2015) (Çakır et al., 2009; Przetakiewicz, 2015). Bien qu'ils n'aient pas été publiés dans une revue à comité de lecture, les pathotypes 40(BN1) et 41(P2) ont été signalés en Pologne (Anonyme, 2015) et la Suède (Björklund & Boberg, 2018).

Au fil des ans, de nombreuses variétés différentes, présentant une résistance différentielle et privilégiées localement, ont été utilisées pour le pathotypage. Ce n'est qu'au début du XXIe siècle que… EPPO ont publié un ensemble différentiel harmonisé de variétés de pommes de terre qui pourraient être utilisées comme norme de diagnostic pour les isolats de S. endobioticum (EPPO, 2004). Pour des raisons de simplicité et de reproductibilité, le EPPO L'ensemble différentiel était plutôt petit (Baayen et al., 2006; Flath et coll., 2014). Il a été sélectionné pour sa capacité à distinguer les pathotypes d'importance agricole majeure. Deux méthodes principales sont utilisées pour évaluer l'interaction entre l'hôte et l'agent pathogène : Spieckermann (Spieckermann, 1924) et Glynne–Lemmerzahl (Glynne, 1925; Lemmerzahl, 1930); les deux sont basés sur l'inoculation de tubercules de pomme de terre. Dans le test de Spieckermann, l'inoculum est constitué de spores au repos, qui sont le résultat d'un cycle (para)sexuel. En revanche, les verrues fraîches contenant des sporanges d'été, qui sont produites de manière asexuée, sont utilisées comme inoculum dans le test de Glynne – Lemmerzahl. Récemment, une nouvelle procédure d'infection a été décrite basée sur l'infection de parties de plantes aériennes ou de bourgeons auxiliaires démontrant que les gènes R sont exprimés à la fois dans les pousses souterraines étiolées et les organes verts aériens (van de Vossenberg et al., 2019b). Bien que les méthodes soient différentes, les scores obtenus sont pour la plupart bien corrélés bien que des différences parfois cohérentes semblent exister (Prodhomme et al., 2020b).

7.1 Diversité intra-isolat

Les isolats de S. endobioticum représentent des communautés dans lesquelles plusieurs génotypes coexistent. Ceci n'est pas seulement vrai pour les génotypes mitochondriaux (Figure S1), mais aussi pour le sécrétome spécifique à l'espèce codé dans le noyau et les variantes du gène AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2018, 2019). La variation AvrSen1 trouvée dans les isolats de pathotypes supérieurs est particulièrement frappante. Ces isolats ne sont plus reconnus par le sen1 gène, entraînant une interaction compatible et la prolifération de l'agent pathogène. Cependant, la forme avirulente du gène était toujours présente à de faibles fréquences dans les isolats qui ont été multipliés sur la variété de pomme de terre Deodara, qui est sensible à tous les pathotypes de S. endobioticum. Inversement, dans les isolats de pathotype 1(D1) porteurs du gène avirulent AvrSen1, les formes virulentes du gène (c'est-à-dire la perte de AvrSen1) étaient présents (van de Vossenberg et al., 2019). Cela n'était pas directement apparent à partir des données de séquence génomique, mais deux multiplications d'un isolat de pathotype 1(D1) sur la variété de pomme de terre semi-résistante Erika ont abouti à un phénotype de pathotype 6(O1) (van de Vossenberg et al., 2018). Cette virulence accrue est peut-être le résultat d'une sélection contre des génotypes de S. endobioticum portant le gène d'avirulence dominant. La perte quasi-complète d'AvrSen1 dans l'isolat produisant le phénotype 6(O1) a été vérifiée par amplification du gène AvrSen1 suivie d'un séquençage PacBio SMRT (van de Vossenberg et al., 2019). Les multiplications conduisant au balayage sélectif observé ont été réalisées avec le bioessai Glynne – Lemmerzahl, dans lequel des zoospores produites de manière asexuée à partir de verrues fraîches sont utilisées comme inoculum, suggérant que la diversité était déjà présente dans l'inoculum initial et ne nécessitait pas de recombinaison dans un (para) cycle sexuel.

7.2 Un système de pathotypage avancé

Les ensembles différentiels sont indispensables pour l'identification des R gènes qui reconnaissent les génotypes dans une population pathogène définie. De nouvelles méthodes de génotypage offrent une meilleure résolution des structures des populations d'agents pathogènes et, de même, de nouvelles méthodes de génotypage et des informations généalogiques sur les variétés de pomme de terre permettent l'identification d'haplotypes spécifiques portant R gènes. Pour faciliter la mise en œuvre de la résistance des cultivars dans l'identification des pathotypes et la gestion des maladies, il est important d'établir un lien plus transparent entre les variétés de pommes de terre utilisées dans l'ensemble différentiel et les variétés de pommes de terre utilisées commercialement. Un catalogue de S. endobiotique R les gènes du pool de sélection de la pomme de terre, y compris les EPPO L'ensemble différentiel a été récemment décrit (Prodhomme et al., 2020). La S. endobiotique R le contenu génétique de 141 variétés commerciales de pommes de terre a été évalué et il a été démontré que R gènes sen2, sen4 et sen5 ne sont pas représentés dans le EPPO ensemble différentiel. De plus, sen1 et sen3 sont présents dans de multiples combinaisons avec d'autres inconnus R gènes (Prodhomme et al., 2020Afin d'améliorer la valeur prédictive de l'ensemble différentiel pour la sélection de cultivars résistants et l'identification des pathotypes, il est nécessaire de sélectionner de nouvelles variétés de pommes de terre. EPPO ensemble différentiel qui abrite des combinaisons uniques définies de R gènes et comprennent l'ensemble complet des gènes connus et déployés Sen R. gènes. Un ensemble différentiel optimisé similaire pour la résistance au mildiou a été produit en utilisant une combinaison de marqueurs moléculaires et de réponses effectrices (Zhu et al., 2015). Une limitation majeure pour la fabrication d'ensembles différentiels fiables dans la pomme de terre est que le R Les gènes seront présents dans différents contextes génétiques, lors de la production par croisement tétraploïde classique. Dans ces contextes génétiques diversifiés, différents gènes pourraient être présents et influencer positivement le spectre de résistance, notamment des QRL mineurs reconnaissant des mutations mineures. AVR protéines au sein de la population pathogène. Inversement, d'autres gènes pourraient affecter négativement l'activité de la R gène. Idéalement, un ensemble différentiel est généré dans un fond isogénique. Ceci peut être réalisé en utilisant la transformation de clones R gènes en une seule variété (Zhu et al., 2015), ou il pourrait être réalisé par des lignées consanguines (Su et al., 2020). Comme aucun des Sen R. gènes est actuellement cloné et les lignées consanguines sont difficiles à générer, cela restera probablement un concept pour la prochaine décennie. De plus, il est important d'établir un ensemble de S. endobiotique matériel de référence qui représente la diversité génétique présente à différents emplacements géographiques et caractérisé davantage en fonction de l'haplotype mitochondrial, du profil SSR, de la caractérisation moléculaire et du profil d'avirulence.

7.3 La classification moléculaire comme outil de suivi et de traçabilité

Comme le dit l' EPPO Un ensemble différentiel de variétés de pommes de terre a été conçu pour distinguer les isolats d'importance agricole majeure, mais la diversité des autres agents pathogènes reste indétectée (van de Vossenberg et al., 2018). Cela est devenu encore plus important lorsqu'une étude de la population européenne a démontré que plusieurs S. endobiotique des événements d'introduction se sont produits, reflétés par leurs séquences génomiques mitochondriales distinctes. Notamment, les pathotypes 2(G1) et 6(O1) apparaissent dans des fonds génétiques clairement distincts. Comme les profils pathotypiques sont des phénotypes qui peuvent être partagés par plusieurs génotypes distincts, ils représentent un système de classification intrinsèquement inexact (van de Vossenberg et al., 2018). De plus, le regroupement moléculaire des isolats semble être plus cohérent car un regroupement similaire a été observé avec les séquences mitochondriales, les séquences de sécrétomes nucléaires et les locus microsatellites (Busse et al., 2017; Gagnon et coll., 2016; van de Vossenberg et coll., 2019). Par conséquent, un système de classification des pathotypes doit être basé sur plus de données que les seuls phénotypes sur le petit ensemble différentiel de variétés de pommes de terre. De même, des isolats provenant d'un emplacement spécifique se sont avérés héberger plusieurs génotypes. Il est envisagé que les études génomiques en combinaison avec le pathotypage traditionnel utilisant un ensemble différentiel mis à jour de variétés de pommes de terre fourniront un système de pathotypage de plus grande valeur pour la pratique agricole. Bien qu'un tel système de pathotypage fonctionnel nécessite encore des limitations techniques à surmonter, de bons progrès ont été réalisés ces dernières années. Par exemple, la caractérisation génomique des isolats reste un défi compte tenu des difficultés à obtenir du matériel suffisamment pur pour le séquençage du génome entier et le pathotypage moléculaire. De plus, le nombre d'effecteurs fongiques connus qui correspondent aux gènes R de la pomme de terre est encore limité. Actuellement, il n'est possible que pour AvrSen1, c'est-à-dire le pathotype effecteur fongique reconnu par sen1 plantes résistantes au pathotype 1(D1) (van de Vossenberg et al., 2019). Cela pourrait être étendu lorsque des effecteurs supplémentaires ou d'autres déterminants fonctionnels deviennent disponibles. En outre, une approche pangénomique améliorée dans laquelle le génome est disséqué en parties conservées et accessoires pourrait contribuer à de nouveaux outils de pathotypage. Le noyau peut être exploité pour des études de suivi et de traçabilité, tandis que la partie accessoire peut être étudiée pour la diversité fonctionnelle. Bien qu'encore à ses balbutiements, le nombre croissant de génomes actuellement générés pourrait offrir une fenêtre d'opportunité pour de telles analyses pangénomiques.

8 REMARQUES FINALES

S. endobiotique, l'agent causal de la verrue verruqueuse de la pomme de terre, est un agent pathogène important avec un statut de quarantaine mondial qui figure sur la liste USDA et HHS Select Agent. L'agent pathogène continue de réapparaître comme une menace pour la production de pommes de terre, comme le montre la notification d'épidémies ces dernières années dans différentes régions du monde. Le mode de vie biotrophe obligatoire, la position taxonomique distincte et le statut de quarantaine lui-même entravent la recherche. Néanmoins, l'agent pathogène et la maladie sont étudiés depuis plus d'un siècle et, au cours de la dernière décennie, des progrès considérables ont été réalisés dans notre compréhension de S. endobiotique et l'interaction avec sa pomme de terre hôte. L'application de la génomique a contribué de manière significative à ces avancées et a permis l'évaluation du contenu en gènes de S. endobioticum et de sa position phylogénétique et l'identification du premier AVR gène. En outre, cela a ouvert des opportunités pour suivre et retracer les épidémies d'agents pathogènes à l'aide de tests moléculaires ou d'analyses de séquences. Cela a généré de nouvelles connaissances sur la diversité et la pathologie des S. endobiotique. Pourtant, de nombreux aspects de l'agent pathogène restent inconnus, y compris des parties du cycle de vie et les interactions agent pathogène-hôte. En particulier, lier les informations génomiques à la génétique pourrait fournir plus d'informations sur la présence d'un cycle (para)sexuel chez les S. endobiotique et par conséquent sur le potentiel de recombinaison et de sélection et sur la diversité au sein des isolats. Du côté de l'hôte, la caractérisation moléculaire de la résistance chez la pomme de terre a permis l'identification des régions génomiques dans lesquelles résident les locus de résistance. Caractérisation plus poussée des locus de résistance, y compris le clonage du premier Sen R. gène, serait une étape importante pour étudier l'interaction au niveau moléculaire. L'activité humaine, y compris le transport d'équipement et de terre et le commerce de produits et de débris végétaux, les inondations et l'érosion éolienne, sont des moyens importants par lesquels l'agent pathogène peut se propager. Avec l'augmentation de la demande alimentaire mondiale, la nécessité d'une agriculture circulaire et les changements climatiques, ces événements sont susceptibles d'augmenter. De nouveaux outils et une gestion optimisée des maladies basées sur la surveillance et l'utilisation de variétés de pommes de terre résistantes sont nécessaires pour contrôler la verrue verruqueuse de la pomme de terre dans les décennies à venir.

REMERCIEMENTS

Les auteurs tiennent à remercier les membres du personnel de l'ONPV-NL Johan Meffert pour avoir fourni des images de S. endobiotique spores au repos et Sietse van der Linde pour avoir révisé ce manuscrit avant sa soumission.

Une source: https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com