Lack of correlation between (a)virulence and phylogenetic relationships in root-knot nematodes (Meloidogyne spp.)

Abstract

In tomato, the Mi resistance gene controls the major root-knot nematode species Meloidogyne arenaria, M. incognita and M. javanica. However, resistance-breaking (i.e. virulent) biotypes have been reported from most of the tomato-growing areas in the world. In this study, we assembled a collection of 17 isolates belonging to these three species, either avirulent or virulent against the Mi gene, in order to analyze their genetic diversity and phylogenetic relationships. According to parsimony analysis, genomic fingerprints based on RAPD or AFLP markers were independently used to compute trees describing the relationships between the isolates. In both dendrograms, isolates belonging either to the M. incognita or M. javanica species appeared clustered together, which tends to indicate a monophyletic origin for each of these two species. Conversely, M. arenaria isolates were not included in one single clade, which raised questions about the taxonomic status of the currently designated species M. arenaria. Moreover, our data showed that clustering of isolates was not associated with their (a)virulence against the tomato Mi resistance gene. This lack of correlation between groups determined by molecular markers and virulence indicates that most of the observed DNA polymorphism is independent of virulence, which is presumably under host selection.

Résumé

Chez la tomate, le gène Mi de résistance contrôle les principales espèces de nématodes à galles, à savoir Meloidogyne arenaria, M. incognita et M. javanica. Cependant, des biotypes virulents, c’est-à-dire capables de contourner la résistance, ont été mis en évidence dans la plupart des zones de culture de la tomate à l’échelle mondiale. Au cours de ce travail, nous avons mis en place une collection de 17 isolats appartenant à ces trois espèces, caractérisés pour leur avirulence ou leur virulence vis-à-vis du gène Mi. L’objectif de notre étude a été d’analyser la diversité génétique et les relations phylogénétiques de ces nématodes, en relation avec leur capacité à se multiplier ou non sur tomate résistante. Les profils moléculaires de chaque isolat, obtenus à partir de marqueurs de type RAPD ou AFLP, ont servi indépendamment de matrice pour construire les arbres phylogénétiques décrivant les relations entre les 17 isolats, par le biais d’une analyse par parsimonie. Une très bonne corrélation a été observée entre les deux types de marqueurs moléculaires. Dans les deux arbres, les isolats appartenant soit à l’espèce M. incognita, soit à l’espèce M. javanica sont apparus regroupés, ce qui indique très vraisemblablement l’origine monophylé-tique de ces deux taxons. En revanche, les isolats appartenant à l’espèce M. arenaria n’ont pas été distribués au sein d’un unique groupe, ce qui pose la question de leur statut spécifique. De plus, nos résultats ont montré que la distribution des divers isolats n’est pas corrélée avec leur (a)virulence vis-à-vis du gène de résistance Mi. Cette abscence de corrélation entre les groupes définis à l’aide de marqueurs moléculaires et selon la virulence des isolats indique que la quasi-totalité du polymorphisme de l’ADN observé est indépendant de la virulence, laquelle est sans doute soumise à la pression de sélection exercée par la plante-hôte.