Thèse dirigée par Antoine Gravot, UMR Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes

Résumé

Les métabolites spécialisés (SM), composés chimiques dont la distribution taxonomique est restreinte, sont souvent impliqués dans les interactions plante-environnement. La diversité structurelle et le déterminisme génétique de ces composés sont encore mal caractérisés, en particulier chez les espèces végétales non-modèles telles que les Brassica. 

L’objectif de cette thèse est de caractériser le métabolisme spécialisé de B. napus, avec trois sous-questions : étudier dans un panel d’accessions (1) la diversité et (2) le contrôle génétique des contenus en phytoanticipines (SM constitutifs) dans les racines et les feuilles, et (3) caractériser la régulation des phytoanticipines et des phytoalexines en réponse à l’infection fongique par Leptosphaeria maculans dans les tiges de B. napus.

Nous avons développé une méthode de profilage de 36 glucosinolates (GLS) foliaires/racinaires (révélant 13 alkyl-GLSs et 4 isomères d’hydroxyphenylaklyl-GLSs rarement reportés chez les Brassica), 32 composés phénoliques foliaires et 18 composés racinaires non documentés jusqu’à présent. La quantification de ces composés dans un panel de 304 accessions de Brassica a révélé des contrastes phytochimiques importants entre variétés, notamment pour la glucocochlearine et les dérivés kaempferol tetra- et penta-hexosides. Deux principaux chémotypes se dégagent en fonction des proportions de sinapoyl-O-hexoside et de kaempferol-O trihexoside. 

L’analyse génétique par association (mGWAS) a identifié 100 facteurs génétiques (mQTL) impliqués dans le contrôle des profils phytochimiques racinaires et foliaires, soulignant une diversité de modules génétiques contrôlant indépendamment les différentes sous-catégories biochimiques. L’ensemble de ces travaux fournit une ressource utile pour l'écologie chimique et l’amélioration des Brassica.

Dans la troisième partie de ce travail, des profilages ciblés dans les tiges de colza infectées par L. maculans ont révélé une induction des contenus en GLSs indoliques en cohérence avec la régulation transcriptomique des gènes impliqués dans la biosynthèse de ces composés. Une approche de métabolomique spatiale des lamelles de tiges infectées a permis de caractériser des réponses métaboliques spécifiques aux zones entourant la nécrose induite par l’infection. L’analyse de ces réponses chez un génotype sensible et chez un génotype partiellement résistant permet ainsi de mieux explorer le rôle potentiel de ces réponses dans la défense contre L. maculans.