Gestion durable des nématodes à galles en culture maraîchère par la modélisation et l’optimisation du déploiement de variétés résistantes

Sustainable management of root-knot nematodes in horticultural crops by modelling and optimising the deployment of resistant plant varieties

• Auteur / Autrice : Samuel Nilusmas
• Direction : Suzanne Touzeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du Signal et des Images
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Institut Sophia Agrobiotech (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Biological control of artificial ecosystems
• Jury : Président / Présidente : Pierre Abad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Suzanne Touzeau, Pierre Abad, Ivan Sache, Gaël Thébaud, Florence Carpentier, Ludovic Mailleret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ivan Sache, Gaël Thébaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Maladies -- Épidémiologie

Plantes -- Protection

Mots clés libres

Dynamique des populations

Modèle épidémiologique

Optimisation

Protection des cultures

Nématodes phytoparasites

Durabilité des résistances variétales

Population dynamics

Epidemiological model

Optimisation

Crop protection

Plant-parasitic nematodes

Varietal resistance sustainability

Résumé

Les nématodes à galles sont des endoparasites telluriques obligatoires des racines des plantes qui causent d’importantes pertes de rendement dans le monde. Les méthodes de lutte respectueuses de l’environnement contre ces nématodes sont fondées principalement sur l’utilisation de variétés résistantes. Ces variétés contrôlent efficacement les populations de nématodes naturellement présentes sur le terrain, mais favorisent l’émergence de variants virulents vis-à-vis des gènes de résistance portés par ces variétés. Comme la virulence est associée à des coûts de fitness, qui réduisent la capacité des nématodes virulents à infester les racines ou à se reproduire, les variétés sensibles contre-sélectionnent les nématodes virulents. L’objectif de cette thèse est d’identifier des stratégies de déploiement de gènes de résistance efficaces et durables pour lutter contre les nématodes à galles en culture maraîchère. Pour cela, nous avons développé un modèle épidémiologique semi-discret décrivant la dynamique des nématodes dans le sol et dans les racines d’une plante sensible ou résistante pendant sa période de croissance, ainsi que la survie des nématodes entre saisons de culture. Le modèle a été ajusté à des données expérimentales intra-saisonnières d'infestation de racines de tomates sensibles. Il a été utilisé pour déterminer les stratégies de rotations entre plantes sensibles et résistantes qui maximisent un proxy du rendement moyen, sur différents horizons temporels et pour différentes combinaisons d’intensité épidémiologique et de paramètres génétiques (taux de mutation et coûts de virulence). En outre, des analyses de sensibilité ont été menées pour évaluer la robustesse des stratégies de déploiement des résistances variétales. Nos résultats montrent que des rotations bien choisies permettraient non seulement d’augmenter le rendement des cultures, mais aussi de préserver la durabilité des gènes de résistance. Cette thèse ouvre des perspectives, à la fois expérimentales et de modélisation, pour un meilleur contrôle des nématodes à galles.

Root-knot nematodes are obligate soil-borne endoparasites of plant roots that cause major yield losses throughout the world. Environmentally-friendly plant protection methods against root-knot nematodes are mainly based on the use of resistant plant cultivars. These cultivars efficiently control nematode populations naturally present in the field, but they favour the emergence of virulent variants that circumvent the resistance genes carried by these cultivars. Since virulence is associated with fitness costs, which limit the virulent nematode ability to infest plant roots or reproduce, susceptible crops counter-select virulent nematodes. The aim of this thesis is to identify effective and sustainable resistance deployment strategies to control root-knot nematodes in horticultural crops. To this end, we developed a semi-discrete epidemiological model describing the nematode dynamics in the soil and in the roots of a resistant or susceptible plant during its growing season, as well as the survival of nematodes in the soil between cropping seasons. The model was fitted to experimental data of within-season infestation of susceptible tomato roots. It was used to determine the rotation strategies alternating susceptible and resistant plants that maximise an average yield proxy, over different time horizons and for different combinations of epidemiological intensity and genetic parameters (mutation rate and virulence costs). Moreover, sensitivity analyses were performed to assess the robustness of the plant resistance deployment strategies. Our results show that carefully designed rotation strategies would not only increase crop yield, but also preserve the sustainability of resistance genes. Sensitivity analyses were performed to evaluate the robustness of our results. This thesis opens both experimental and modelling perspectives for a better control of root-knot nematodes.