# Que nous raconte l'analyse des structures génétiques sur la dispersion des champignons phytopathogènes ?

Cyril Dutech, Virginie Ravigné, Fabien Halkett, Elisabeth Fournier, Jean Carlier

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Cyril Dutech, Virginie Ravigné, Fabien Halkett, Elisabeth Fournier, Jean Carlier. Que nous raconte l'analyse des structures génétiques sur la dispersion des champignons phytopathogènes?. 7. Rencontres de Phytopathologie - Mycologie de la Société Française de Phytopathologie. Journées Jean Chevaugeon, Jan 2008, Aussois, France. 14 diapositives. hal-02816891

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# Que nous raconte l'analyse des structures génétiques sur la dispersion des champignons phytopathogènes ?

Cyril Dutech¹, Virginie Ravigné², Fabien Halkett³, Elisabeth Fournier², Jean Carlier²

¹ INRA, UMR BIOGECO Bordeaux

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Biodiversité, gènes & communautés

² CIRAD, UMR BGPI Montpellier

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UMR - BGPI
Biologie et Génétique
des Interactions Plante-Parasite

³ INRA, UMR IAM Nancy

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Nancy-Université
Université
Henri Poincaré
# Les champignons phytopathogènes: Une grande diversité de mode et de capacité de dispersion.

* Difficultés pour appréhender les processus de dispersion par méthode directe

- Méthodes coûteuses ou laborieuses

- Problème d'identification de la source

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* Alternative par des méthodes indirectes :

Organisation de la différenciation génétique entre populations et estimation des flux de gènes

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Pas de synthèse chez les champignons phytopathogènes depuis
Mc Dermott & Mc Donald 1993
# Mesure de la différenciation génétique entre populations

* $F_{ST}$ (Wright 1965)

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$F_{ST} = 0$

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(Rousset 2004)

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Probabilité d'identité entre deux gènes échantillonnés dans le même dème

Probabilité d'identité entre deux gènes échantillonnés dans l'ensemble des dèmes

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$F_{ST} = 1$
# Différenciation génétique chez les champignons phytopathogènes

37 espèces (79 études) Fst : 0.21 (+/- 0.02) - Médiane : 0.13

Animaux (781 études) 0.20 (+/- 0.01) - Médiane : 0.10
Plantes (294 études) 0.32 (+/- 0.01) - Médiane : 0.18

(Morjan & Rieseberg, 2004)

<table><thead><tr><th></th><th></th><th>%</th><th>Fst</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">Familles</td><td>Ascomycètes</td><td>73%</td><td>0.19 (+/- 0.02)</td></tr><tr><td>Basidiomycètes</td><td>16%</td><td>0.29 (+/- 0.13)</td></tr><tr><td>Oomycètes</td><td>11%</td><td>0.20 (+/- 0.10)</td></tr><tr><td rowspan="5">Types d'hôtes</td><td>Céréales</td><td>41%</td><td>0.16 (+/- 0.03)</td></tr><tr><td>Cultures annuelles</td><td>18%</td><td>0.22 (+/- 0.05)</td></tr><tr><td>Cultures pérennes</td><td>15%</td><td>0.14 (+/- 0.04)</td></tr><tr><td>Arbres forestiers</td><td>20%</td><td>0.21 (+/- 0.06)</td></tr><tr><td>Autres</td><td>6%</td><td>0.61 (+/- 0.21)</td></tr></tbody></table>
# Différenciation génétique chez les champignons phytopathogènes:
## Effet de différents facteurs (1)

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# Différenciation génétique chez les champignons phytopathogènes:
## Effet de différents facteurs (2)

* Sous-structuration spatiale : difficulté de définir une population

Exemple : Structuration par la plante hôte
Espèces cryptiques (Fournier et al. 2007)

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* Diversité intra-populationnelle

Effet du polymorphisme du marqueur utilisé

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* Sélection

- Pressions de sélection fortes

- Clonalité et cycle de vie (Giraud et al. 2006)

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## Retour à la relation F<sub>ST</sub> et capacité de dispersion

Une migration plus importante (en taux ou en distance) tend à homogénéiser les fréquences alléliques entre populations et faire diminuer le F<sub>ST</sub>

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Flux de gènes importants
F<sub>ST</sub> faible

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Flux de gènes faibles
F<sub>ST</sub> intermédiaire

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Flux de gènes nuls
F<sub>ST</sub> fort

**Idée** : utiliser le F<sub>ST</sub> (facile à mesurer) pour estimer des caractéristiques liées à la dispersion (taux, distance moyenne...) (difficiles à mesurer)

**Méthode** : se doter d'un modèle permettant de lier explicitement F<sub>ST</sub> et dispersion → inférences sur les paramètres de dispersion
# Estimation de paramètres de dispersion à partir des $F_{ST}$

## 1) Hypothèse d'un modèle en îles (Wright 1951)

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+ Équilibre mutation-dérive

Contribution identique au
Pool des migrants

Population de tailles constantes et identiques

Sous ces **hypothèses**, on peut inférer le taux de migration par génération
via la relation :

$$F_{ST} \approx \frac{1}{1 + 4Nm}$$

**Problèmes** : ces hypothèses sont souvent violées

- flux de gènes dépendant de la distance entre populations

- dynamique de colonisation récente

- ...
# Estimation de paramètres de dispersion à partir des F<sub>ST</sub>

## 2) Modèle d'isolement par la distance (IBD; Wright 1943)

Du fait de la migration limitée dans l'espace, la probabilité d'identité entre gènes est plus forte à courte distance qu'à longue distance

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Donc

$$F_{ST}(r) = \frac{Q_s - Q_r}{1 - Q_r}$$

augmente avec la distance *r* entre pops
# Estimation de paramètres de dispersion à partir des $F_{ST}$

## 2) Modèle d'isolement par la distance (IBD; Wright 1943)

Ainsi, sous les hypothèses du modèle d'IBD, on peut inférer le carré de la
distance moyenne de dispersion parents-descendants $\sigma^2$ (Rousset 1997) :

Dispersion en une dimension → en deux dimensions

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Existence d'un test pour détecter un IBD
# Estimation de paramètres de dispersion à partir des $F_{ST}$

**Attention:** une structure d'IBD peut être associée à d'autres processus que la dispersion.

L'estimation d'une distance (ou d'un taux) de dispersion n'a alors pas de sens.

## Conditions nécessaires pour une estimation non biaisée sous l'hypothèse d'IBD

* Nombreuses populations réparties de façon homogène

* Faible hétérogénéité spatiale en termes de densité

* Effectifs stables (pas de dynamique de colonisation ou de régression, pas d'extinctions locales)

* Panmixie locale (problème de la définition des dèmes - existence de la clonalité)

* Pas d'hétérogénéité des pressions de sélection : effet de la plante hôte

* Relation linéaire vraies pour des distances comprises entre certaines limites fonction du σ
# Existence de structure IBD chez les champignons phytopathogènes ?

12 études (9 espèces) : 10.5 populations testées

**8 structures IBD détectées**

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Pas de méthodes standardisées

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Schmale et al. 2006

Milgroom et al. 1996

Gobbin et al. 2006

Hayden et al. 2007

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Des questions sur les conditions d'applications

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Linde et al. 2002

Zaffarano et al. 2006
## En conclusion

Estimer des F<sub>ST</sub> reste pertinent pour :

* Identifier les types de structures génétiques et les associer à la biologie et l'histoire des populations

### Mais

* Les valeurs des indices de différenciations ou de pentes sont difficilement utilisables pour estimer des flux de gènes

Whitlock MC, McCauley DE (1999) Indirect measures of gene flow and migration: Fst ≠ 1/(1+4Nm). *Heredity* **82**, 117-125.

## Explorer les effets des écarts aux modèles sur les estimations
Bonne dispersion à tous !

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