Evolution de la résistance quantitative des plantes eudicotyledones aux champignons pathogènes nécrotrophes – ResiDEvo

Pour répondre à ces questions, ResiDEvo a combiné des technologies de pointe en phénotypage, génomique, transcriptomique et biologie des systèmes, en exploitant la complémentarité des expertises des deux partenaires.

Le phénotypage de la résistance a reposé sur un dispositif automatisé à faible coût permettant de mesurer avec précision la cinétique de progression des lésions causées par S. sclerotiorum sur feuilles détachées. Ce système capture deux paramètres clés : la durée de la phase asymptomatique avant l'apparition des symptômes (phase lag) et la vitesse de croissance des lésions (temps de doublement, LDT). Grâce à une métrique commune, les comparaisons entre espèces très différentes sont rendues possibles pour la première fois à grande échelle.

La transcriptomique à l'échelle du génome a constitué le cœur analytique du projet. La technique TagSeq (séquençage de l'extrémité 3' des ARN messagers) a été utilisée pour quantifier l'expression de l'ensemble des gènes dans des conditions d'infection et de témoin, dans plusieurs génotypes, espèces et conditions d'acclimatation climatique. Au total, plusieurs centaines d'échantillons ont été séquencés, générant des millions de lectures mappées sur les génomes de référence. Pour aller au-delà des approches sur tissus entiers, le projet a également développé et mis en œuvre le séquençage ARN au niveau du noyau unique (snRNA-seq), qui permet de caractériser la réponse immunitaire cellule par cellule, révélant l'hétérogénéité des réponses au sein d'un même tissu.

L'analyse des données transcriptomiques a mobilisé des approches avancées de biologie des systèmes : analyse de réseaux de co-expression pondérés (WGCNA) pour identifier des groupes de gènes co-régulés, reconstruction de réseaux de régulation génique directionnels par modélisation différentielle pour capturer les dépendances temporelles entre modules, et construction de cartes paysage transcriptome-phénotype pour évaluer l'évolvabilité de la résistance. Des simulations informatiques de perturbation des réseaux ont permis d'identifier les modules les plus critiques pour la robustesse de la réponse immunitaire.

La validation fonctionnelle des gènes candidats a reposé sur l'analyse phénotypique de lignées mutantes d'A. thaliana obtenues dans des collections publiques (centres de ressources Nottingham et Versailles). Le phénotype de résistance des mutants a été évalué dans différentes conditions d'acclimatation climatique, permettant de révéler des effets conditionnels inattendus. Des analyses d'expression par RNA-seq sur ces mutants ont ensuite permis d'identifier les cibles génomiques des facteurs de transcription validés. Enfin, des analyses de génétique d'association à l'échelle du génome (GWAS) ont été réalisées chez A. thaliana pour identifier des variants génétiques naturels associés aux différences de résistance entre accessions.

ResiDEvo a produit un ensemble de résultats originaux qui renouvellent la compréhension de la QDR à plusieurs niveaux.

La première découverte majeure concerne la nature évolutive de la variation transcriptomique associée à la QDR chez A. thaliana. En comparant 23 accessions naturelles, nous avons montré que la grande majorité de la variation dans la reprogrammation transcriptomique lors de l'infection est « neutre » — c'est-à-dire qu'elle n'affecte pas le niveau de résistance. Cette neutralité n'est pas une faiblesse : elle confère au contraire une forte évolvabilité à la QDR, en permettant aux populations d'explorer de nouveaux états transcriptomiques sans compromettre leur résistance. Le paysage transcriptome-QDR est hautement navigable, ce qui explique en partie pourquoi la QDR est si répandue et durable dans les populations naturelles (Delplace et al., Plant Cell 2025).

La deuxième avancée majeure concerne les mécanismes cellulaires de l'immunité. En combinant snRNA-seq et transcriptomique cinétique, nous avons montré qu'une transition brutale dans la variabilité d'expression entre cellules — appelée bruit transcriptionnel — précède l'activation des gènes de défense. Cette transition est spatialement organisée autour du site d'infection et temporellement corrélée à des oscillations de calcium cytosolique. Ces résultats révèlent pour la première fois que le bruit transcriptionnel joue un rôle actif — et non passif — dans l'engagement des cellules végétales vers la réponse immunitaire (Jones, Delplace et al., Genome Biology 2026).

Troisièmement, l'analyse de l'effet de l'acclimatation climatique sur la QDR a révélé qu'une acclimatation à des conditions de type méditerranéen (températures plus élevées, amplitude thermique journalière plus forte) réduit significativement la résistance d'A. thaliana à S. sclerotiorum. Ce phénomène s'explique par un basculement du répertoire de gènes cibles du facteur de transcription NAC42-L, qui passe d'un rôle de promoteur de résistance en conditions tempérées à un rôle de facteur de susceptibilité en conditions méditerranéennes (Didelon et al., New Phytologist 2026). Ce résultat a des implications directes pour anticiper l'impact du changement climatique sur la résistance des cultures.

Du côté des Solanacées, la comparaison de 5 espèces sauvages de tomate a montré que ce sont des réseaux de régulation spécifiques à chaque espèce — plutôt que conservés — qui façonnent principalement la QDR. Le facteur de transcription NAC29 a ainsi été co-opté dans la résistance uniquement chez Solanum pennellii, où les génotypes sensibles portent un codon stop prématuré dans ce gène (Einspanier et al., Plant Cell 2025). Ce mécanisme de co-option espèce-spécifique illustre comment la diversification de la QDR peut reposer sur le recrutement de régulateurs préexistants vers de nouvelles fonctions de défense.

Enfin, la validation fonctionnelle de gènes candidats a mis en lumière la plasticité conditionnelle de certains composants.

Les résultats de ResiDEvo ouvrent plusieurs axes de recherche prioritaires qui structurent l'agenda scientifique des équipes pour les années à venir.

La première perspective immédiate concerne la caractérisation de la variation régulatrice cis versus trans dans la QDR. Le matériel végétal nécessaire — des hybrides F1 entre accessions contrastées d'A. thaliana — a été généré pendant le projet. Les analyses d'expression allèle-spécifique sur ce matériel, en cours de réalisation, permettront de quantifier dans quelle mesure les différences d'expression entre accessions résistantes et sensibles résultent de mutations dans les régions régulatrices des gènes eux-mêmes (variation cis) ou de différences dans les facteurs qui les contrôlent (variation trans). Cette question est centrale pour comprendre les mécanismes moléculaires de l'évolution de la QDR et pour identifier des cibles prioritaires en sélection.

La deuxième perspective concerne la cartographie expérimentale des cibles directes des facteurs de transcription clés de la QDR. Son application à NAC42-L et à d'autres régulateurs identifiés dans le projet permettra de distinguer les cibles directes des effets indirects, et de comprendre précisément comment le basculement du répertoire de cibles de NAC42-L entre les conditions tempérées et méditerranéennes génère des phénotypes de résistance opposés.

Troisièmement, les données de transcriptomique cinétique multi-accessions (5 accessions, 5 points de temps) ouvrent la voie à une modélisation dynamique de la résistance. Les résultats préliminaires suggèrent qu'un modèle en trois phases — exploration (0-6h), décision (6-12h), exécution (12-24h) — permet de prédire l'issue de l'interaction plante-pathogène à partir de biomarqueurs mesurés dès 6-12h après l'infection, bien avant l'apparition des symptômes visibles. Ce type d'approche prédictive pourrait transformer les méthodes d'évaluation de la résistance en sélection variétale.

Sur le plan évolutif, l'extension des analyses phylotranscriptomiques aux Brassicacées — pour créer un pendant aux données Solanacées déjà publiées — permettra enfin de réaliser la comparaison inter-familles promise dans le projet initial et de tester si les règles d'évolution de la QDR identifiées chez A. thaliana se généralisent à d'autres lignées.

La dimension épigénomique de la QDR et de son acclimatation constitue également une perspective majeure. Les résultats sur NAC42-L suggèrent que l'acclimatation climatique modifie l'accessibilité de la chromatine aux facteurs de transcription, des approches dédiées permettraient de tester cette hypothèse et d'identifier les bases moléculaires de la mémoire somatique environnementale dans la résistance.

La collaboration entre les 2 partenaires se poursuit activement, pour contribuer à l'amélioration des cultures maraîchères méditerranéennes face aux maladies fongiques.

La résistance quantitative (QDR) est un processus omniprésent réduisant les maladies des plantes terrestres mais dont les bases moléculaires sont méconnues. Déterminer dans quelle mesure la QDR a évolué à partir d'un ancêtre commun ou par convergence est essentiel pour comprendre l'évolution de la durabilité et du spectre de la QDR. Ici, nous combinerons la génomique d'association et la transcriptomique pour caractériser les mécanismes de QDR chez les plantes dicotylédones des genres Arabidopsis et Solanum contre les champignons pathogènes nécrotrophes Sclerotinia et Alternaria pour lesquels les partenaires du projet ont répertorié la diversité naturelle mondiale. Nous comparerons ensuite ces taxons pour déduire les voies d'évolution de la QDR et validerons des cas d'évolution convergente par édition du génome. A terme, cela offrira de nouvelles possibilités d'ingénierie de la résistance des cultures aux maladies et de réduction de l'utilisation des pesticides.