La bonne santé de la plante peut-elle limiter l'incidence des maladies : étude du couple Coffea arabica et Hemileia vastatrix

par Lucile Toniutti

Thèse de doctorat en Ecophysiologie et adaptation des plantes

Sous la direction de Benoît Georges Bertrand.

Thèses en préparation à Montpellier, SupAgro , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...) , en partenariat avec IPME - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (laboratoire) .


  • Résumé

    Le revenu de millions de personnes et la balance commerciale de nombreux pays du Sud dépendent des exportations de café. La rouille orangée (Hemileia vastatrix) est considérée comme la maladie la plus dévastatrice pour cette culture. Elle attaque les feuilles du caféier et cause de fortes défoliations, à l'origine de pertes de rendement conséquentes. La résistance spécifique des variétés modernes, basée sur des mécanismes de résistance gène pour gène, est progressivement contournée. Le choix de variétés sensibles mais suffisamment vigoureuses pour limiter l'incidence de la maladie apparaît comme une alternative. Nous cherchons à comprendre comment les facteurs génotypiques et environnementaux influencent le développement de la maladie. En conditions contrôlées, nous avons évalué l'effet de la température, de l'ombrage, de l'apport azoté et de la vigueur hybride sur la pathogenèse du champignon. Après avoir établi l'importance des conditions de culture et de la vigueur hybride sur le développement du pathogène, nous avons abordé les bases moléculaires de la vigueur hybride chez le caféier Arabica, puis nous avons développé une méthode originale pour identifier des gènes candidats qui confèrent une plus grande résistance basale aux hybrides. Quels que soient les conditions agronomiques et le régime thermique, les hybrides sont moins sensibles que la variété lignée. A la plus forte température, un excès de lumière associé à de faibles apports d'azote aboutit à une très forte quantité de spores 43 jours après infection sur la variété lignée. La mesure de la fluorescence de la chlorophylle a a montré que des paramètres liés au photosystème II et à la chaîne de transport d'électrons sont des indicateurs de la santé de plante et de bons prédicteurs de l'intensité de la sporulation. L'hybride présente une altération de son horloge circadienne corrélée à une teneur en chlorophylle et une efficience photosynthétique supérieures. L'indice de performance qui est supérieur chez l'hybride résulte d'une surexpression de certains gènes du photosystème II. La méthode que nous avons développée et appliquée, basée sur les scores de Fisher, nous a permis de sélectionner 185 gènes majoritairement associés à des mécanismes de défense chez l'hybride et à la réponse aux stress abiotiques chez la lignée. Le gène WRKY40 semble au cœur des mécanismes de résistance basale des hybrides. Nous suggérons qu'en réponse à des stress abiotiques, l'état redox global de la lignée Caturra diminue sa capacité à répondre à l'infection de la rouille. A contrario, l'hybride, dont l'état redox est plus stable, peut mettre en place des défenses basales qui limitent l'infection du pathogène.

  • Titre traduit

    Does plant health limit dieseases incidence ? Study of coffea arabica and Hemileia vastatrix couple


  • Résumé

    Coffee exportation sustains the livelihood of millions of people worldwide and contributes to a large extent to the trade balance of several developing countries. The coffee leaf rust (Hemileia vastatrix) is a fungus pathogen causing one of the most detrimental diseases for coffee crops. It induces severe leaf loss on coffee trees, leading to substantial yield loss. The specific resistance of modern cultivars, based on gene-for-gene resistance mechanisms, can be gradually bypassed. An alternative defence strategy involves the selection of sensitive cultivars that are vigorous enough so as to limit the disease incidence. We aim at understanding how the coffee genotypic and the environmental factors influence rust development. We have tested under controlled conditions the effect of temperature, shading, nitrogen input and hybrid vigour over rust pathogenesis. We first evaluated the importance of growing conditions and hybrid vigour over the pathogen development. Secondly, we investigated the molecular basis of hybrid vigour in the Arabica coffee tree. We then developed a novel method in order to determine a set of candidate genes that bring a higher basal resistance to hybrid cultivars. Hybrids are less sensitive to rust than inbred lines, whatever the agronomic conditions and the temperature regimes. For the inbred lines grown under a high temperature regime, high light intensity combined with low nitrogen input led to a large production of rust spores 43 days after inoculation. By measuring the fluorescence of chlorophyll a, we found that parameters associated to the photosystem II and to the electron transport chains were good indicators of the plant health as well as good predictors of the sporulation intensity. The hybrid cultivars showed an altered circadian clock correlated with an increased concentration of chlorophyll and a higher photosynthetic efficiency. The higher performance index in hybrid cultivars results from the over-expression of certain genes involved in the photosystem II. The method we developed, based on a Fisher combined scoring, allowed us to pinpoint 185 candidate genes. Most of these genes were associated with basal resistance mechanisms in the hybrids or with response to abiotic stress in the inbred line. The WRKY40 transcription factor gene seems at the heart of the basal resistance mechanisms for hybrid cultivars. We suggest that in response to abiotic stress, the global redox state of the Caturra line affects the plant capacity to defend itself against rust infection. In contrast, the more stable redox state of hybrid cultivars can facilitate basal defence strategies that could limit the rust spread.