Etude des barrières de reproduction entre Solanum chilense et Solanum lycopersicum

Details

Supervisors

Quinet, Muriel

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biologie des organismes et écologie, à finalité spécialisée: biologie environnementale

Abstract

La tomate cultivée (Solanum lycopersicum) est l’une des cultures maraichères les plus importantes au monde. Cependant, sa domestication puis son importation en Europe ont engendré un goulot d’étranglement génétique, et donc une réduction de la variabilité génétique de l’espèce. La tomate est notamment sensible à certains stress biotiques et abiotiques tels que le stress salin. Il existe toutefois d’autres espèces de tomates sauvages présentant potentiellement des gènes de résistances à divers stress, notamment au stress salin, qui pourraient potentiellement être introgressés chez la tomate cultivée. C’est le cas de Solanum chilense, une espèce de tomate sauvage retrouvée au Pérou et au Chili, principalement dans le désert de sel de l’Atacama. Solanum chilense présente toutefois une auto-incompatibilité (AI) gamétophytique alors que Solanum lycopersicum est auto-compatible. De plus, le clade des Lycopersicon, regroupant la tomate cultivée et les tomates sauvages, présente une incompatibilité unilatérale (IU), qui se chevauche probablement avec les mécanismes d’auto-incompatibilité. Ce mémoire porte donc sur les barrières de reproduction entre Solanum lycopersicum et Solanum chilense, mal connues. La phénologie des fleurs de S. lycopersicum, S. chilense et des hybrides résultants des deux espèces a été étudiée. Des croisements ont été effectués entre les plantes de S. chilense, S. lycopersicum et leurs hybrides et des allèles d’AI (S-RNases) ont été séquencés chez S. chilense et les hybrides. Finalement, l’expression des gènes HT-A, HT-B et ODC2, impliqués dans l’AI gamétophytique et dans l’IU a été étudiée chez S. lycopersicum, S. chilense et leurs hybrides. Trois allèles d’AI ont pu être séquencés dont deux jamais décrits chez S. chilense. Les allèles de plusieurs plantes de S. chilense disponibles au laboratoire ont pu être déterminés grâce aux résultats des croisements entre différents individus de S. chilense. Les hybrides présentaient également une AI gamétophytique et l’existence d’une barrière de reproduction entre S. chilense et S. lycopersicum a pu être prouvées. Par ailleurs, la présence chez S. chilense et l’implication du gène ODC2 dans l’IU et des gènes HT-A et HT-B dans l’AI gamétophytique et l’IU a pu être supposée au vu des expressions chez les différentes espèces. En conclusion, les gènes HT et ODC2 sont fort probablement impliqués dans l’incompatibilité unilatérale entre S. chilense et S. lycopersicum mais leur rôle exact n’est pas encore complètement compris. The cultivated tomato (Solanum lycopersicum) is one of the most important vegetable crops in the world. However, its domestication and subsequent importation into Europe have created a genetic bottleneck, and thus a reduction in the genetic variability of the species. The tomato is particularly sensitive to certain biotic and abiotic stresses such as salt stress. However, there are other wild tomato species with potential resistance genes to various stresses, including salt stress, which could potentially be introgressed into cultivated tomatoes. This is the case of Solanum chilense, a wild tomato species found in Peru and Chile, mainly in the Atacama salt desert. However, Solanum chilense shows gametophytic self-incompatibility (SI) whereas Solanum lycopersicum is self-compatible. In addition, the Lycopersicon clade, grouping cultivated and wild tomatoes, exhibits unilateral incompatibility (UI), which likely overlaps with the mechanisms of self-incompatibility. This thesis therefore focuses on the poorly understood reproductive barriers between Solanum lycopersicum and Solanum chilense. The phenology of the flowers of S. lycopersicum, S. chilense and the resulting hybrids of the two species was studied. Crosses were made between plants of S. chilense, S. lycopersicum and their hybrids and alleles of SI (S-RNases) were sequenced in S. chilense and the hybrids. Finally, the expression of HT-A, HT-B and ODC2 genes, involved in gametophytic SI and UI were studied in S. lycopersicum, S. chilense and their hybrids. Three SI alleles could be sequenced including two never described in S. chilense. The alleles of several S. chilense plants available in the laboratory could be determined from the results of crosses between different S. chilense individuals. The hybrids also showed gametophytic SI and the existence of a reproductive barrier between S. chilense and S. lycopersicum could be proved. Moreover, the presence in S. chilense and the involvement of the ODC2 gene in UI and of the HT-A and HT-B genes in gametophytic SI and UI could be assumed in view of the expressions in the different species. In conclusion, the HT and ODC2 genes are most likely involved in the unilateral incompatibility between S. chilense and S. lycopersicum but their exact role is not yet fully understood.