Biologie et génétique des populations de Pyricularia oryzae pour le contrôle de la pyriculariose du riz au Mali

Biology and population genetics of Pyricularia oryzae for rice blast control in Mali

• Auteur / Autrice : Diariatou Diagne
• Direction : Didier Tharreau, Ousmane Koita
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Soutenance le 18/05/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plant Health Institute (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Claire Neema
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Tharreau, Ousmane Koita, Claire Neema, Christel Leyronas, Christophe Le May, Anne-sophie Walker
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Leyronas, Christophe Le May

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mali

Riz -- Maladies

Aspect moléculaire

Pyriculariose

Magnaporthe oryzae

Mots clés libres

Riz

Pyriculariose

P. oryzae

Source d'inoculum

Structure des populations

Rice

Blast disease

P. oryzae

Inoculum source

Population structure

Résumé

La production du riz est affectée par des agents phytopathogènes dont le champignon Pyricularia oryzae, agent de la pyriculariose. Pour améliorer la lutte intégrée, il est nécessaire de connaître les sources d’inoculum et utile de disposer d’informations sur la diversité de l’agent pathogène. Toutefois, actuellement la prévalence de la maladie et l’importance relative des sources d'inoculum n’ont pas été évaluées en Afrique de l’Ouest, et plus spécifiquement au Mali. De même, la diversité et la structure des populations de P. oryzae sont peu documentées en Afrique.Cette thèse a donc pour objectif général de contribuer à combler ce déficit de connaissances et pour objectifs spécifiques 1) d’évaluer l’incidence et la sévérité de la pyriculariose du riz dans les différentes zones rizicoles au Mali, 2) de déterminer si les semences, les pailles et/ou le riz sauvage sont sources d’inoculum pour le riz cultivé et 3) d’établir la structure des populations de P. oryzae en Afrique.Les prospections conduites sur des parcelles paysannes et expérimentales en 2018, ont permis d’observer la pyriculariose foliaire et paniculaire dans 10 des 17 sites prospectés. Dans les champs symptomatiques, l'incidence foliaire allait de 24 à 72 % et la sévérité foliaire de 2 à 15 %. Les valeurs les plus élevées d'incidence et de sévérité paniculaires atteignaient respectivement 94 % et 52 %. En 2019, la pyriculariose a été observée sur 3 des 4 sites prospectés et l’incidence et la sévérité étaient beaucoup plus faibles (respectivement 7 % et 1% au maximum). L’incidence de la maladie n’était pas significativement différente entre culture irriguée et bas-fond. Les valeurs maximales d’incidence et de sévérité paniculaire confirment que la pyriculariose est un risque potentiel de pertes de rendement élevées.L'analyse de la mycoflore des semences a montré la présence des genres Bipolaris (ou Exserohilum) et Curvularia dans 17 des 20 lots examinés avec des moyennes de 4,6 et 4,3% de semences contaminées respectivement. Le genre Fusarium a également été observé fréquemment. P. oryzae n'a pas été détecté sur les semences. Par contre, nous avons observé la présence de P. oryzae dans les lots de paille de Niono (3%) et de Sélingué (6%). L’hypothèse que le riz sauvage (Oryza longistaminata) soit une source d’inoculum pour le riz cultivé asiatique (O. sativa) a aussi été testée. Dans des conditions contrôlées, les isolats de riz sauvage sont pathogènes pour le riz cultivé. Ces résultats suggèrent donc que les isolats de P. oryzae provenant du riz sauvage ont le potentiel d'attaquer le riz cultivé dans les champs. Cependant, les populations de P. oryzae sur le riz cultivé et le riz sauvage sont génétiquement différenciées. Ainsi, bien que physiquement proches, chaque plante hôte abrite une population différente de l'agent pathogène et nos travaux suggèrent que le riz sauvage n’est pas une source d'inoculum de pyriculariose pour le riz cultivé. Les semences ne semblent pas non plus être une source d'inoculum au Mali. Le rôle des pailles infectées doit faire l'objet d'une étude plus approfondie.L’analyse de la structure des populations de P. oryzae avec des marqueurs microsatellite a mis en évidence quatre groupes génétiques en Afrique et à Madagascar. Ces groupes correspondent aux quatre groupes identifiés à l’échelle mondiale. Les populations d'Afrique de l'Ouest, d'Afrique de l'Est et de Madagascar sont très différenciées. La structure géographique est cohérente avec une dispersion limitée et avec quelques événements migratoires entre pays voisins. Les deux signes de compatibilité sexuelle sont présents en Afrique mais aucune souche fertile femelle n'a été détectée, ce qui confirme l'absence de reproduction sexuée sur ce continent. Cette étude montre un niveau élevé insoupçonné de diversité génétique de P. oryzae en Afrique et suggère plusieurs introductions indépendantes.

Rice production is affected by several plant pathogens, including the fungus Pyricularia oryzae, which causes blast disease. This disease is a major constraint to the intensification of rice production in the world. To improve integrated pest management, it is necessary to know the sources of inoculum and useful information on the diversity of the pathogen. However, presently, the disease prevalence and the relative importance of inoculum sources have not been assessed in West Africa and, more specifically, in Mali. Similarly, the genetic diversity and population structure of P. oryzae are poorly documented in Africa.The general objective of this thesis is, therefore, to contribute to filling this knowledge gap, and the specific objectives are 1) to assess the incidence and severity of rice blast in different rice-growing areas in Mali, 2) to determine whether seeds, straw, and/or wild rice are sources of inoculum for cultivated rice, and 3) to determine the population structure of P. oryzae in Africa.Surveys conducted in farmers' and experimental plots in 2018 allowed to observe leaf and panicle blast in 10 out of 17 sites surveyed. In symptomatic fields, leaf incidence ranged from 24 to 72% and leaf severity from 2 to 15%. The highest values of panicle incidence and severity reached 94% and 52%, respectively. In 2019, leaf blast was observed on 3 out of 4 sites surveyed, and incidence and severity were much lower (maximum of 7% and 1%, respectively). Incidence and severity were not significantly different between irrigated and rainfed-lowland agrosystems. The highest values for panicle blast incidence and severity confirm that blast is a potential cause of high yield losses.The analysis of seed mycoflora showed the presence of the genera Bipolaris and Curvularia in 17 of the 20 plots with averages of 4.6 and 4.3% of contaminated seeds, respectively. The third pathogen observed was a fungus of the genus Fusarium. P. oryzae was not detected on the seeds. In contrast, P. oryzae was observed in straw lots from Niono (3%) and Sélingué (6%). The hypothesis that wild rice (Oryza longistaminata) is a source of inoculum for Asian cultivated rice (O. sativa) was also tested. Under controlled conditions, wild rice isolates are pathogenic to cultivated rice. But, on average, these isolates have a narrower range of compatibility than isolates collected from cultivated rice. Results of pathogenicity tests suggest that P. oryzae isolates from wild rice have the potential to attack cultivated rice in the field. However, the populations of P. oryzae on cultivated and wild rice are genetically differentiated. Thus, although physically close, each host plant harbors a different population of the pathogen, and our results suggest that wild rice is not a source of blast inoculum for cultivated rice. Seeds do not appear to either be a source of inoculum for blast epidemics in Mali. The role of infected straws needs to be further studied.The analysis of the population structure of P. oryzae with microsatellite markers revealed four genetic groups in Africa and Madagascar. These groups correspond to the four groups identified at the worldwide level. The populations of West Africa, East Africa, and Madagascar are highly differentiated. The geographic structure is consistent with limited dispersal and with some migratory events between neighboring countries. Both sexual compatibility groups (Mat1.1 and Mat1.2) are present in Africa with a dominance of Mat1.2, but no fertile female strains were detected, confirming the absence of sexual reproduction on this continent. This study showed an unsuspected high level of genetic diversity of P. oryzae in Africa and suggests several independent introductions.