Involvment of epigenetic mechanisms in the root-knot nematode Meloidogyne incognita | Étude de l’implication des mécanismes épigénétiques chez le nématode à galles Meloidogyne incognita

English. Plant parasitic nematodes of the genus Meloidogyne are crop pests of global importance. As such, M. incognita is the emblematic species as it is present all over the world with a wide spectrum of host plants. Currently, the use of resistant plants is the most effective way to control this nematode. However, the emergence of virulent lines able to bypass the plant resistance requires a better understanding of the biology of this species. M. incognita reproduces asexually by obligate mitotic parthenogenesis. Asexual reproduction is often considered as an evolutionary dead end because in this case, individuals adapt poorly to changing environments, due to the absence of meiosis. Despite this apparent lack of genetic plasticity, this species shows an amazing ability to adapt to adverse environments. An example of this is the bypassing of resistance in response to selection pressure exerted by the tomato Mi-1 resistance gene, with the appearance of virulent phenotypic variants in the progeny. The characteristics of the transmission of this trait over generations suggest a non-Mendelian heritability, thus involving an epigenetic component. In this thesis, the impact of histone post-translational modifications (HPTMs) in the biology of M. incognita was studied. First, the method of chromatin immunoprecipitation in fixed condition was developed and optimized for M. incognita. This optimization, performed for the first time in a parasitic nematode, allowed to show the involvement of five HPTMs in the regulation of genome expression. The conservation of the function of H3K9me3, through its association with transposable elements and low-expressed genes, and of H3K4me3 enriched at the promoter level of highly expressed genes, leads to the hypothesis of the existence of a "histone code" in this species.The dynamics of the chromatin landscape was studied during the development of this nematode, through the analysis of the regulation of the five HPTMs. These dynamics are marked by the expression of specific genes in association with the activating HPTM H3K4me3, during the transition from the egg stage to the L2 juvenile larval stage. At the egg stage, the predicted functions of the genes regulated by this mark concern cell cycle regulation and embryo development, while at the L2 juvenile larval stage, mainly genes involved in stimulus response were identified.The importance of HPTMs in the acquisition of virulence of this nematode was also initiated. The identification of differential enrichment profiles between avirulent and virulent lines of M. incognita showed a virulence polymorphism related to the regulation by HPTMs. At the origin of this polymorphism are a class of genes coding for SKP1 proteins, involved in protein degradation pathways. These candidate genes show overexpression in association with H3K4me3 in avirulent lines and decreased expression associated with loss of this HPTM in virulent lines. The precise role of SKP1 proteins in the acquisition of virulence in M. incognita remains to be determined.All these works contribute to evaluate the importance of epigenetic mechanisms in the adaptation of parthenogenetic organisms to changing environments and to define new control methods against crop pests.

French. Les nématodes parasites de plantes du genre Meloidogyne sont des ravageurs de cultures d’importance mondiale. A ce titre, M. incognita est l’espèce emblématique dans la mesure où elle est présente partout dans le monde avec un large spectre de plantes d'hôtes. Actuellement, l'utilisation de plantes résistantes est le moyen le plus efficace pour lutter contre ce nématode. Cependant, l’émergence de lignées virulentes capables de contourner la résistance des plantes nécessite de mieux comprendre la biologie de cette espèce. M. incognita se reproduit de façon asexuée par parthénogenèse mitotique obligatoire. La reproduction asexuée est souvent considérée comme une impasse évolutive car dans ce cas, les individus s'adaptent difficilement à des environnements changeants, du fait de l’absence de méiose. En dépit de ce manque apparent de plasticité génétique, cette espèce montre cependant une capacité d'adaptation étonnante face à des environnements défavorables. Le contournement de la résistance en réponse à la pression de sélection exercée par le gène de résistance Mi-1 de la tomate, avec l'apparition de variants phénotypiques virulents dans la descendance, en est une illustration. Les caractéristiques de la transmission de ce trait de vie au cours des générations suggèrent une héritabilité non-Mendélienne impliquant une composante épigénétique. Au cours de cette thèse, l’impact des modifications post-traductionnelles des histones (HPTM) dans la biologie de M. incognita a été étudié. Dans un premier temps, la méthode d’immunoprécipitation de la chromatine en condition fixée a été mise au point et optimisée pour M. incognita. Cette optimisation, réalisée pour la première fois chez un nématode parasite, a permis de montrer l’implication de cinq HPTM dans la régulation de l’expression des éléments du génome. La conservation de la fonction de H3K9me3, par son association avec des éléments transposables et des gènes faiblement exprimés, et de celle H3K4me3 enrichie au niveau du promoteur des gènes dont l’expression est élevée, amène à l’hypothèse de l’existence d’un « code histone » chez cette espèce.La dynamique du paysage chromatinien a été analysée au cours du développement de ce nématode, à travers le profil de régulation des cinq HPTM. Elle est marquée par l’expression de gènes spécifiques en association avec la HPTM activatrice H3K4me3, lors de la transition du stade « œufs » au stade de larve juvénile L2. Au stade « œufs », les fonctions prédites des gènes régulés par cette marque concerne la régulation du cycle cellulaire et le développement de l’embryon, tandis qu’au stade de larves juvéniles L2, ce sont principalement les gènes impliqués dans la réponse au stimulus qui ont été identifiés.L’importance des HPTM dans l’acquisition de la virulence de ce nématode a été également abordée. L’identification de profils d’enrichissement différentiels entre les lignées avirulentes et les lignées virulentes de M. incognita a permis de montrer un polymorphisme de virulence en lien avec la régulation par les HPTM. A l’origine de ce polymorphisme se trouvent des membres d’une classe de gènes codant pour les protéines à domaine SKP1, impliquée dans les voies de dégradation des protéines. Ces gènes candidats montrent une surexpression en association avec H3K4me3 au sein des lignées avirulentes et une diminution d’expression associée à une perte de cette même HPTM au sein des lignées virulentes. Le rôle précis des protéines SKP1 dans l’acquisition de la virulence chez M. incognita reste à déterminer.L’ensemble de ces travaux contribue à évaluer l'importance des mécanismes épigénétiques dans l'adaptation d'organismes parthénogénétiques aux environnements changeants et à la définition de nouvelles méthodes de luttes face aux nématodes ravageurs de culture.