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Other titre : Augmentation de la résistance à la gale commune chez des variétés de pommes de terre produites au Québec

dc.contributor.advisorBeaudoin, Nathalie
dc.contributor.advisorBeaulieu, Carole
dc.contributor.advisorMichaud, Dominique
dc.contributor.authorIsayenka, Iauheniafr
dc.date.accessioned2020-05-23T14:51:02Z
dc.date.available2020-05-23T14:51:02Z
dc.date.created2020fr
dc.date.issued2020-05-23
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/17068
dc.description.abstractAbstract: Common scab is a globally important disease of potato (Solanum tuberosum L.) that reduces the quality of tubers and decreases their market value. This disease is caused by the bacterium Streptomyces scabies (syn. scabiei) which induce the formation of superficial, pitted or raised lesions on the tuber surface. S. scabies synthesizes a toxin, thaxtomin A, which is essential for the development of disease symptoms. The best approach for common scab management is the development of resistant potato varieties. However, little is known about the factors that contribute to common scab resistance. Increasing resistance to thaxtomin A may be a way to increase resistance to the disease. The use of thaxtomin A as an agent for direct somatic cell selection had allowed the production of potato varieties with increased tolerance to common scab. The strategy used in this project was based on a progressive adaptation of potato calli to thaxtomin A before regeneration of plantlets from somatic embryos. We successfully adapted several potato varieties widely used or newly selected in Canada: Kennebec, Envol, Chieftain, Rubiconde and Belle d’Août. A total of 92 somaclonal variants adapted to thaxtomin A were produced after adjusting regeneration conditions. Randomly selected somaclones were tested for scab resistance. For an initial study of scab resistance, we developed a new method based on the infection of mini potato tubers developing from leaf buds. The increased resistance of the somaclones selected using this test was confirmed with S. scabies infection test in planta. The adaptation of potato variety Russet Burbank to thaxtomin A (0.5 µM) had resulted in the production of a somaclonal variant, RB9, which had increased resistance to common scab. Here, LS-MS/MS proteomic analysis of soluble tuber proteins showed that improved RB9 resistance to common scab was associated with changes in the tuber proteome. Changes included increased accumulation of major tuber proteins, such as patatins, lipoxygenases and serine protease inhibitors (Kunitz-type). The abundance of certain proteins associated with oxidative stress was also altered. We found S. scabies infection to cause changes in the abundance of patatins, lipoxygenases, and Kunitz-type protease inhibitors. These proteins tended to accumulate in the initial stages of infection in both Russet Burbank and RB9 tubers. The RB9 tubers showed a constant accumulation of lipoxygenases in response to S. scabies during the whole period of infection, while in tubers of the original variety, infection caused the accumulation of lipoxygenases only in the first days of infection. Moreover, young RB9 potato tubers had a reinforced periderm, with more periderm layers and an altered cell morphology compared to the Russet Burbank tubers. Thus, the improvement in scab resistance caused by adaptation to thaxtomin A was associated with both proteomic and morphological changes. Thaxtomin A is an essential factor for the development of common scab symptoms. When applied to tuber slices, it causes browning of the tuber flesh. Toluidine blue O staining of tuber flesh sections treated with thaxtomin A here resulted in a blue coloration which is characteristic of phenolic compounds. The extent of the browning did not reflect the common scab resistance of Russet Burbank and Yukon Gold varieties but it corresponded instead to the level of phenols accumulation. Treatment with thaxtomin A caused the death of tuber parenchyma cells of both varieties. However, the degree of cell death, determined by staining with Evans blue, did not correlate with the extent of browning. The application of 2-aminoindan-2-phosphonic acid, a competitive inhibitor of phenylalanine-ammonia lyase, simultaneously with the thaxtomin A reduced the development of browning on potato slices. Thus, the darkening of the tuber slices caused by thaxtomin A treatment was caused at least in part by the accumulation of phenolic compounds in the tuber flesh cells. Results obtained in the course of this project allow a better understanding of the interaction between potato tubers and pathogenic S. scabies. They also reveal the occurrence of protein factors that could be involved in potato resistance to common scab.fr
dc.description.abstractLa gale commune est une maladie de la pomme de terre (Solanum tuberosum L.) d'importance mondiale qui réduit la qualité des tubercules et diminue leur valeur marchande. Cette maladie caractérisée par la formation de lésions superficielles, profondes ou surélevées sur la surface du tubercule est causée par la bactérie Streptomyces scabies (syn. scabiei). S. scabies synthétise une toxine, la thaxtomine A, qui est essentielle pour le développement des symptômes de la maladie. La meilleure approche pour la gestion de la gale commune est le développement de variétés de pomme de terre résistantes. Cependant, les facteurs qui contribuent à la résistance à la gale commune ne sont pas bien connus. L'augmentation de la résistance à la thaxtomine A peut être un moyen d'augmenter la résistance à la maladie. L’utilisation de la thaxtomine A comme agent de sélection directe des cellules somatiques a permis la production de variétés de pomme de terre ayant une plus grande résistance à la gale commune. Dans ce projet, nous avons utilisé une stratégie basée sur l’adaptation progressive des cals de pomme de terre à la thaxtomine A suivie de la régénération de plantules à partir d’embryons somatiques. Nous avons ainsi adapté à la thaxtomine A plusieurs variétés de pommes de terre cultivées ou nouvellement sélectionnées au Canada tel que Kennebec, Envol, Chieftain, Rubiconde et Belle d’Août. Au total, 92 variants somaclonaux adaptés à la thaxtomine A ont été produits après l’ajustement des conditions de régénération. Des somaclones sélectionnés au hasard ont été testés pour leur résistance à la gale. Pour une première étude de la résistance à la gale commune, nous avons développé une nouvelle méthode basée sur l'infection de mini tubercules de pomme de terre se développant à partir de bourgeons foliaires. L'augmentation de la résistance des somaclones sélectionnés à l'aide de ce test a été confirmée par l'infection de plantes en pots. En second lieu, l'adaptation de la varieté de pomme de terre Russet Burbank à la thaxtomine A (0,5 µM) a produit le variant somaclonal RB9, qui possède une résistance augmentée à la gale commune. L’analyse protéomique a montré qu'une amélioration de la résistance de RB9 à la gale commune est associée à des modifications du protéome du tubercule. Les changements comprenaient une accumulation accrue des protéines principales du tubercule, telles que les patatines, les lipoxygénases et les inhibiteurs des protéases (type Kunitz). L'abondance de certaines protéines associées au stress oxydatif a également été modifiée. Nous avons constaté que l'infection par S. scabies provoque des changements dans l'abondance des patatines, des lipoxygénases et des inhibiteurs de protéase de type Kunitz. Ces protéines ont tendance à s'accumuler pendant les premiers stades de l'infection dans les tubercules de Russet Burbank et de RB9. Les tubercules de RB9 ont montré une accumulation constante des lipoxygénases en réponse à S. scabies durant toute la période d'infection, alors que dans les tubercules de la variété d'origine, l'infection a provoqué l'accumulation des lipoxygénases uniquement dans les premiers jours de l'infection. De plus, les jeunes tubercules de RB9 avaient un périderme renforcé, avec plus de couches des cellules suberisées et une morphologie cellulaire modifiée par rapport aux tubercules de la variété d'origine. Ainsi, l'amélioration de la résistance à la gale commune provoquée par l'adaptation à la thaxtomine A a été associée à des changements protéomiques et morphologiques. La thaxtomine A est un facteur essentiel pour le développement des symptômes de la gale commune. Lorsqu'elle est appliquée sur des tranches de tubercules, elle provoque un brunissement de la chair des tubercules. Une coloration au Bleu de toluidine O des tranches de chair de tubercule traitées à la thaxtomine A a ici permis d’observer une coloration bleue typique des composés phénoliques. Par contre, la superficie du brunissement ne reflètait pas la résistance des variétés Russet Burbank et Yukon Gold à la gale commune, mais correspondait plutôt au niveau d'accumulation des phénols. Le traitement avec la thaxtomine A a provoqué la mort des cellules du parenchyme des tubercules des deux variétés. Cependant, le degré de mort cellulaire, déterminé par une coloration au bleu d'Evans, n'était pas corrélée avec la superficie du brunissement. L'application d'acide 2-aminoindane-2-phosphonique, un inhibiteur compétitif de la phénylalanine-ammonia lyase, simultanément avec la thaxtomine A a réduit le développement du brunissement sur les tranches de pomme de terre. Ainsi, le brunissement des tranches de tubercule induit par le traitement à la thaxtomine A était provoqué, du moins en partie, par l'accumulation de composés phénoliques dans les cellules de la chair du tubercule. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet permettent de mieux comprendre l'interaction entre des tubercules de pomme de terre et S. scabies. Ils mettent en évidence des facteurs protéiques qui pourraient être impliqués dans la résistance de la pomme de terre à la gale commune.fr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Iauhenia Isayenkafr
dc.subjectCommon scabfr
dc.subjectPotatofr
dc.subjectThaxtomin Afr
dc.subjectStreptomyces scabiesfr
dc.subjectLipoxygenasefr
dc.subjectPatatinfr
dc.subjectProtease inhibitorsfr
dc.subjectPhenolsfr
dc.subjectAdaptationfr
dc.subjectGale communefr
dc.subjectInhibiteurs des protéasesfr
dc.subjectLipoxygénasefr
dc.subjectPatatinefr
dc.subjectThaxtomine Afr
dc.subjectPhénolsfr
dc.subjectPomme de terrefr
dc.subjectProtéomiquefr
dc.titleIncreasing resistance to common scab in potato varieties cultivated in Quebecfr
dc.title.alternativeAugmentation de la résistance à la gale commune chez des variétés de pommes de terre produites au Québecfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineBiologiefr
tme.degree.grantorFaculté des sciencesfr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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