Compréhension des mécanismes directs et indirects de résistance à la pourriture racinaire du pois causée par Aphanomyces euteiches : influence du choix variétal et de la cohorte microbienne associée.

Understanding of pea's direct and indirect mechanisms of resistance to root rot caused by Aphanomyces euteiches : influence of cultivar choice and its associated microbial cohort

• Auteur / Autrice : Pauline Lusley
• Direction : Karine Favre, Mélanie Bressan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 16/10/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....) - UniLaSalle (Beauvais - Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie, Hydrogéochimie, Milieux et Ressources. UP C101 (2016-2022 ; Beauvais - Rouen)
• Jury : Président / Présidente : Azeddine Driouich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mélanie Bressan, Marc Bardin, Lucie Miché, Adrien Gauthier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Odile Berge, Sylvain Jeandroz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phytopathologie

Microbiologie agricole

Oomycètes

Pois protéagineux

Pourriture des racines

Mots clés libres

Pourriture racinaire

Pois protéagineux

Aphanomyces euteiches

Phytopathologies

Root rot

Protein pea

Aphanomyces euteiches

Phytopathology

Résumé

Le pois protéagineux, dont la culture est bien adaptée au contexte pédoclimatique normand, représente une source nutritive importante en protéines végétales. A l’heure actuelle, les cultures protéagineuses font partie des cultures d’avenir aux vues de leurs nombreux intérêts agronomique, économique et environnemental. Malgré ses multiples atouts, la culture du pois protéagineux n'a pas autant de succès, principalement en raison d’une forte atteinte par diverses phytopathologies, dont le plus préjudiciable est la pourriture racinaire du pois causée par Aphanomyces euteiches. Les dégâts occasionnés peuvent conduire à une baisse importante du rendement et ainsi pénaliser les agriculteurs. Ne disposant d’aucun traitement efficace à ce jour, il est donc important de focaliser les recherches sur le développement de moyens de contrôle, ce qui passe par une compréhension holistique du pathobiome. Dans cette thèse, les travaux se sont concentrés sur la compréhension de certains mécanismes de résistance directs ou indirects à la pourriture racinaire du pois causée par A. euteiches, en se focalisant sur l’étude de la contribution des facteurs biotiques, à savoir, le génotype variétal, seul ou accompagné de son phytobiome, et donc la mise en place de multiples interactions avec les microorganismes. L’analyse comparée de l’expression de la maladie et des modifications architecturales induites a montré une expression différentielle de la maladie selon leur appartenance au groupe hiver ou printemps. Les variétés d’hiver caractérisées par une grande tolérance au froid présentent 2 traits d’intérêt : un retard d’impact sur les parties aériennes malgré une atteinte racinaire et un accroissement du système racinaire en réponse à l’infection. De plus, l’étude de la diversité bactérienne intra-nodules chez ces mêmes variétés de pois d’hiver et de printemps, a montré que la diversité de ce microbiome endophyte varie en fonction du génotype variétal. Cette étude a permis de déceler le fort potentiel biocontrôle des endophytes bactériens intra-nodulaires, avec une abondance relative observée des genres bactériens connus pour leurs effets antagonistes envers A. euteiches plus importante chez deux variétés de pois d’hiver. Le génotype variétal constitue donc un levier, direct et indirect via l’établissement d’interactions avec des microorganismes bénéfiques, pour lutter contre la pourriture racinaire du pois. Le dernier axe de recherche a démontré la forte influence des espèces cultivés sur les associations microbiennes au sien de la rhizosphère, en particulier sur l’assemblage des populations bénéfiques. La manipulation de la composition des communautés microbiennes par les couverts végétaux au bénéfice de la culture suivante représente un argument de plus en faveur de l’utilisation des rotations des cultures comme levier contre les phytopathologies. Plusieurs pistes intéressantes ressortent donc de ce travail, pour une lutte efficiente et globale contre A. euteiches : à l’échelle de la variété, par ses caractéristiques propres en lien avec son génotype et sa capacité à sélectionner des endophytes protecteurs, et à l’échelle de la rotation, par la manipulation du microbiome en faveur du pois. De belles perspectives de recherche se profilent, notamment la réalisation de tests d’efficacité de protection de tous les potentiels agents de biocontrôles isolés, qui permettraient la mise en oeuvre de consortia bénéfiques adaptés au terroir normand et aux spécificités variétales du pois.

Pea, well-adapted to the Normandy pedoclimatic context, represents an important nutritional source of plant proteins. At present, protein crops are among the promoting crops in view of their many agronomical, economic, and environmental interests. Despite their multiple advantages, the cultivation of protein peas is not as successful, mainly due to strong attacks by various phytopathology. The most damaging is pea root rot caused by Aphanomyces euteiches leading to a significant drop in yield and thus can penalize farmers. As there is no effective treatment to date, numerous focus researches are in progress to develop efficient control methods, which requires a holistic understanding of the pathobiome. In this thesis, studies were focused on the understanding of some direct and indirect resistance mechanisms of pea root rot caused by A. euteiches. The contribution of biotic factors in this disease were studied, specifically the influence of varietal genotype and its associated phytobiome, and so the establishment of multiple interactions with microorganisms. The comparative analysis of disease severity and induced architectural modifications, showed a differential expression according to their affiliation to winter or spring group. The two winter pea cultivars characterized by a high cold tolerance presented two features of interest: a delayed impact on aerial part despite significant root damage and an increased growth of root system in response to infection. In addition, the study of intra-nodule bacterial diversity in these same cultivars showed that the diversity of their nodule microbiome varies according to varietal genotype. This study highlighted the strong biocontrol potential of intra-nodule bacterial endophytes, with a higher relative abundance of known antagonistic bacterial genera towards A. euteiches for two winter pea cultivars. The varietal genotype therefore constitutes a direct and indirect lever by the establishment of interactions with beneficial microorganisms, to fight against pea root rot. The last research line has demonstrated the strong influence of plant cultivated species on the microbial associations in the rhizosphere, specifically a modulation of the assemblage of beneficial populations. Shaping the microbial community composition though the cultivation of crops to the benefit of the next crop represents an additional argument in favor of crop rotation use as a lever against phytopathology. Several interesting alternatives were highlighted in this research work to effectively and efficiently manage A. euteiches: at the cultivar scale, by specific characteristics in relation to varieties’ genotype and their ability to select protective endophytes, and at the scale of crop rotation, by shaping microbiome in favor of pea. Great research perspectives are emerging, especially the efficiency of protection resulting from all potential isolated biocontrol agents, which would allow the development and implementation of beneficial consortia adapted to Normandy soils and to pea cultivars specificities.