Epidemiological factors contributing to the adaptation of Leptosphaeria maculans populations to specific resistance in Brassica napus: pycnidiospore and ascospore dispersal and fungal systemic growth

Management of phoma stem canker of oilseed rape, caused by Leptosphaeria maculans, primarily relies on the cultivation of resistant varieties that lack durable efficiency. Sexual reproduction enhances the evolutionary potential of the fungus submitted to the selection pressure exerted by resistant varieties by allowing acquisition and association of virulence alleles and season-to-season transmission of the disease through ascospore dispersal. We hypothesize that for small, emergent virulent populations, sexual reproduction could be restricted by the reduced mating probability of individuals and that season-to-season transmission of virulent individuals through ascopsore dispersal can be spatially limited. To test these hypotheses, we investigated (i) rain-splash dispersal of pycnidiospores, (ii) systemic growth of the fungus in stem and (iii) the spatial genetic structure of populations to infer ascospore dispersal distances. Pycnidiospores were splash-dispersed over short distances (within 40 cm from the source) from phoma leaf spots, while oilseed rape stubble carrying pycnidia constituted a potential source of primary infections. Stem canker expression via systemic growth increased with the number of infection sites on cotyledon and decreased on polygenic resistant hosts, while density-dependent competition between isolates was shown. In the field at low L. maculans population densities, rain-splash dispersal of pycnidiospores could increase the pathogen population size and enhance sexual reproduction by facilitating the mating of initially spatially distant individuals of opposite mating type, while systemic growth could reduce this mating. From 29 French field populations, most genotypic (minisatellite markers) diversity was found within a single population; the lack of genetic differentiation between populations could not demonstrate restricted gene flow and distances of ascospore dispersal could not be inferred at the spatial scale studied. These results suggest that ascospore dispersal may have a greater range than previously state and/or that effective field population sizes may be very large. These epidemiological findings should be accounted for to improve deploiement of resistant varieties.La lutte contre le Phoma du colza, causé par le champignon Leptosphaeria maculans, repose principalement sur la culture de variétés résistantes dont l'efficacité est peu durable. La reproduction sexuée confère un fort potentiel adaptatif au champignon confronté aux pressions de sélection exercées par les variétés résistantes : elle permet l'acquisition et l'association d'allèles de virulence, alors que les ascospores issues de la reproduction sexuée assurent la transmission de la maladie d'une saison culturale à la suivante. Nous faisons l'hypothèse qu'en début de contournement de résistance, la transmission de la virulence d'une génération à la suivante est limitée d'une part par la faible probabilité de reproduction sexuée entre isolats virulents et d'autre part par une dispersion des ascospores spatialement limitée. Pour tester cette hypothèse nous avons étudié (i) la dispersion des pycnidiospores par la pluie, (ii) la progression systémique du champignon dans la tige de colza et (iii) la structure spatiale des populations de L. maculans pour inférer les distances de dispersion des ascospores. Sous un générateur de gouttes en air calme, les pycnidiospores sont dispersées par les gouttelettes de pluie à moins de 40 cm de la macule source ; des résidus porteurs de pycnides peuvent causer des infections primaires de la maladie. Le succès de la phase systémique détecté par l'expression de nécroses au collet sur des plantules inoculées en conditions contrôlées augmente avec le nombre de points d'infection, mais diminue en présence de la résistance partielle ; la compétition entre individus peut limiter la présence concomitante des types sexuels au collet de la plante. Par conséquent, dans des champs avec des populations de L. maculans à faible densité, la dispersion des pycnidiospores par la pluie peut accroître la taille de la population pathogène et permettre la rencontre d'individus initialement distants, tandis que la progression systémique du champignon peut limiter la rencontre locale d'isolats virulents sexuellement compatibles. Pour 29 populations françaises génotypées à l'aide de marqueurs minisatellites, l'essentiel de la diversité génotypique est détectée à l'échelle d'une population (champ) ; l'absence de différenciation génétique entre populations distantes n'a pas permis de mettre en évidence une limitation des flux de gènes à l'échelle spatiale analysée. Ces résultats suggèrent que la dispersion du Phoma par les ascospores est beaucoup plus élevée que supposée et/ou que les tailles efficaces des populations du champignon dans une parcelle sont très grandes. Ces connaissances épidémiologiques devront être prises en compte pour améliorer les stratégies de déploiement durable des variétés résistantes