Identification of genetic bases associated with natural variation of plant-plant interactions in arabidopsis thaliana
Identification des bases génétiques associées à la variation naturelle des interactions plante-plante chez Arabidopsis thaliana
Résumé
Biotic interactions are crucial in the response of plant communities to environmental changes. Among these interactions, plant-plant interactions play an important role in the structure, diversity and dynamics of plant communities. Although it is widely accepted that the identification of genes associated with plant-plant interactions is an important step in predicting and understanding the adaptive dynamics of plant communities, studies on the identification of genetic variants associated with natural variation in plant-plant interactions remain scarce. The main objective of this thesis was to characterize and identify the genetic bases associated with natural variation of competitive response in a local population (TOU-A) of the model species Arabidopsis thaliana interacting with different species. In a first chapter, with a resurrection approach coupled with GWA mapping and a temporal genetic differentiation analysis, I was able to show that the TOU-A population was adapted for the identification of associated adaptive genetic bases underlying monospecific plant-plant interactions. In the second chapter, in order to take into account the complexity of plant-plant interactions observed in nature, I was interested in characterizing the genetic architecture of the competitive response of A. thaliana in different contexts of mono- and multi-specific interactions. I was able to highlight biotic specialization of some accessions in response to certain assemblages, and this, despite observing a similar response of the entire population in response to different interaction treatments. Through an approach of GWA mapping, I was able to highlight that the QTLs of competitive response of A. thaliana were mostly different between the 12 interaction treatments. I have also been able to show that biological processes differ between mono- and multi-specific conditions and, more specifically, that receptor like-kinase play a major role in plant-plant interactions. In a third chapter, I sought to functionally validate a gene underlying a QTL associated with the competitive response of A. thaliana to Poa annua. By phenotyping mutant lines and complemented lines, I was able to identify that the PERK13/RHS10 gene was the causative gene underlying this QTL. This functional validation allowed me to characterize PERK13/RHS10 as a positive regulator of a competition avoidance strategy in response to P. annua but also to wheat (Triticum aestivum). This work is in line with interdisciplinary approaches, which intends to improve our understanding of the genetic determinants that underlie the adaptive natural variation of biotic interactions.
Les interactions biotiques sont déterminantes dans la réponse des communautés végétales face aux changements environnementaux. Parmi ces interactions, les interactions plante-plante jouent un rôle important dans la structure, la diversité et la dynamique des communautés végétales. Bien qu'il soit largement admis que l'identification des gènes associés aux interactions plante-plante soit une étape importante pour prédire et comprendre les dynamiques adaptatives des communautés végétales, les études portant sur l'identification des variants génétiques associés à la variation naturelle des interactions plante-plante restent étonnamment rares. L'objectif principal de cette thèse a été de caractériser et d'identifier les bases génétiques associées à la variation naturelle de la réponse compétitive d'une population locale (TOU-A) de l'espèce modèle Arabidopsis thaliana en interaction avec différentes espèces. Dans un premier chapitre, par une approche de résurrection couplée à des analyses de GWA mapping et de différentiation génétique temporelle, j'ai pu montrer que l'utilisation de la population TOU-A était adaptée pour l'identification fine des bases génétiques adaptatives associées aux interactions plante-plante en condition d'interaction monospécifique. Dans le second chapitre, afin de prendre en compte la complexité des interactions plante-plante dans la nature, je me suis donc intéressé à caractériser l'architecture génétique de la réponse compétitive d'A. thaliana dans différents contextes d'interactions mono- et pluri-spécifiques. J'ai pu mettre en évidence des phénomènes de spécialisation biotique de certaines accessions en réponse à certains assemblages, et ce, malgré une réponse parfois similaire de l'ensemble de la population en réponse aux différents traitements d'interaction. Par une approche de GWA mapping, j'ai pu mettre en évidence que les QTL de réponse à la compétition d'A. thaliana étaient majoritairement très différents entre les 12 traitements d'interaction. J'ai aussi pu montrer que les processus biologiques étaient différents entre conditions mono- et pluri-spécifiques et, plus spécifiquement, que les récepteurs de type kinase joueraient un rôle prépondérant dans les interactions plante-plante. Dans un troisième chapitre, j'ai cherché à valider fonctionnellement un gène sous-jacent à un QTL associé à la réponse compétitive d'A. thaliana vis-à-vis de Poa annua. Par le phénotypage de lignées mutantes et de lignées complémentées, j'ai pu identifier que le gène PERK13/RHS10 était le gène causal sous-jacent à ce QTL. Cette validation fonctionnelle m'a permis de caractériser PERK13/RHS10 comme étant un régulateur positif d'une stratégie d'évitement de la compétition en réponse à P. annua mais aussi au blé tendre (Triticum aestivum). Ces travaux s'inscrivent dans la lignée d'approches interdisciplinaires, qui ont pour but de mieux comprendre les déterminants génétiques qui sous-tendent la variation naturelle adaptative des interactions biotiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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