Soutenance de thèse de Kyoka KUROIWA

Les résistances génétiques aux agents pathogènes constituent un levier important pour protéger la production agricole tout en maintenant un faible impact sur l'environnement. Jusqu'à présent, la diversité naturelle des allèles fonctionnels du facteur d'initiation de la traduction eucaryote (eIF4E) a fourni des ressources génétiques pour la sélection de la résistance aux potyvirus dans de nombreuses cultures. Cependant, la redondance génique et l'importance physiologique des facteurs eIF4E rendent difficile la mise en œuvre de résistances liées à ces gènes par mutagénèse chez d'autres espèces. Dans cette thèse, j'ai évalué différentes approches d’édition du génome chez la tomate pour générer des allèles de gènes eIF4E afin de conférer à la plante une résistance aux potyvirus par perte de sensibilité. Dans la première partie de ce travail, nous avons inactivé le gène eIF4E2 par une approche CRISPR/Cas9. Ce travail a confirmé les limites de la stratégie d’inactivation. En effet, mon travail montre que l’inactivation de eIF4E2 permet de copier une résistance aux potyvirus, mais avec un spectre de résistance très étroit. Dans la deuxième partie, nous avons modifié en deux endroits le gène eIF4E1 de tomate par une approche de remplacement via l’utilisation de TALEN et par l'édition de base par éditeur de base cytosine, respectivement. Ceci a permis d'introduire des mutations non-synonymes dans eIF4E1 permettant d’imiter des mutations telles qu’habituellement présentes dans des allèles de résistance naturelle. Je montre que ces modifications précises confèrent une résistance à plusieurs isolats de potyvirus sans compromettre la fonction physiologique de la protéine eIF4E1. Afin d'évaluer le potentiel de l'utilisation pratique de cette approche de modification génique en agriculture, j'ai poursuivi mon travail par l'évaluation des conséquences phénotypiques potentielles dues aux stratégies d'édition du génome adoptées. Nous avons évalué la croissance des plants de tomates cerises édités dans le gène eIF4E1 dans des conditions de culture en serre. Nous avons également évalué la durabilité de la résistance aux potyvirus conférée par l’allèle édité eIF4E1. Enfin, nous avons également évalué l'impact potentiel de l'édition du gène de ACETOLACTATE SYNTHASE (ALS), qui est utilisé comme rapporteur en vue de faciliter la sélection des plantes éditées, ceci dans le but de proposer des consignes pour les futures stratégies de coédition. Dans l'ensemble, ce travail met en évidence le potentiel de l'édition génomique des facteurs de susceptibilité des plantes permettant de concilier résistance aux virus et croissance de la plante.

Genetic resistances against pathogens are an important leverage for protecting crop production while maintaining low environmental impacts. Thus far, the natural diversity of functional eukaryotic translation initiation factor (eIF) 4E alleles has provided genetic resources for breeding potyvirus resistance in many crops, but both the redundancy and the physiological importance of eIF4E have made it difficult to implement similar resistance through mutagenesis in other species. In this thesis, I assessed different approaches to generate resistance to potyvirus in tomato by genome-editing of eIF4E genes to provide resistance to potyviruses by loss-of-susceptibility. In the first part, we targeted the eIF4E2 for gene knockout by CRISPR/Cas9 and confirmed the limitations of this strategy. I show that this allows indeed to copy potyvirus resistance, but with a very narrow resistance spectrum. In the second part, we used gene knock-in by TALEN and base-editing by cytosine base editor in order to introduce nonsynonymous mutations in the eIF4E1 to mimic mutations as they usually occur in natural resistance alleles. I show that these precise modifications confer resistance to multiple potyvirus isolates without compromising the protein function. To assess the practical use of this approach in agriculture, I carried on with the evaluation of potential phenotypic consequences due to the genome-editing strategies taken. We evaluated the eIF4E1-edited cherry tomato plants for their growth in greenhouse-culture conditions. We also assessed the durability of the resistance to potyvirus conferred by the edition in eIF4E1. Finally, we also evaluated the potential impact of editing the reporter acetolactate synthase (ALS) gene, which we target in order to facilitate the edited plant selection, with the aim of providing a guideline for future co-edition strategies. Overall, this work highlights the potential of genome-editing of plant susceptibility factors to balance resistance and growth.