Criblage de molécules et de champignons pour le biocontrôle de l'oïdium du blé : sélection d'un chito-oligosaccharide et d'un champignon mycorhizien à arbruscules, application combinée et mécanismes de défense induits

Screening of molecules and fungi for biocontrol of wheat powdery mildew : selection of a chito-oligosaccharide and an arbuscular mycorrhizal fungus, combined application and induced defense mechanisms

• Auteur / Autrice : Nour el houda Raouani
• Direction : Anissa Lounès-Hadj Sahraoui, Philippe Reignault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant - Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant / UCEIV
• Jury : Président / Présidente : Aziz Aziz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Chong, Sameh Selim, Maïté Vicré-Gibouin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aziz Aziz, Julie Chong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Maladies -- Lutte contre

Champignons phytopathogènes

Maladies -- Lutte biologique contre

Mots clés libres

Blé

Oïdium

Stimulateur de Défense des Plantes

Chito-oligosaccharide bio-sourcé

Champignon mycorhizien arbusculaire

Blumeria graminis f. sp. tritici

MIR

Résistance induite

Wheat

Powdery mildew

Plant defense inducers

Bio-sourced chito-oligosaccharid

Arbuscular mycorrhizal fungus

Blumeria graminis f. sp. tritici

Induced resistance

Biocontrol

Résumé

Le blé (Triticum aestivum L.), deuxième céréale la plus cultivée à l’échelle mondiale, est la cible de divers champignons pathogènes foliaires, tel que Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt), responsable de l’oïdium. A ce jour, le recours aux produits phytosanitaires conventionnels pour lutter contre cette maladie reste nécessaire afin de préserver les rendements. Toutefois, l’émergence de résistances aux fongicides chez l’agent pathogène et l’impact potentiellement négatif de ceux-ci sur l’environnement et la santé humaine incitent à se tourner vers des solutions plus durables. Ainsi, mon projet de thèse, qui s’inscrit dans le cadre du projet INTERREG V BioScreen, avait pour objectif de développer des outils de biocontrôle de l’oïdium du blé reposant sur l’utilisation de molécules à activités antifongiques et/ou stimulateurs de défense des plantes (SDP) et de microorganismes vivants bénéfiques comme les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA). Après une étape de criblage visant à sélectionner les molécules appartenant à diverses familles chimiques (rhamnolipides, chito-oligosaccharides, lipopeptides, cyclodextrines) et les inoculums fongiques les plus efficaces dans nos conditions de culture, notre étude s’est focalisée sur l’association du chito-oligosaccharide BioA187, utilisé en application foliaire, et de l’inoculum fongique à base du CMA Funneliformis mosseae (Fm) introduit dans le substrat de culture. Le traitement combiné BioA187+Fm a permis d’obtenir un taux de protection du blé contre l’oïdium de 72%, contre 33 et 42% pour BioA187 et Fm utilisés seuls, respectivement. L’induction des défenses chez le blé a été évaluée via l’étude de l’expression de certains gènes marqueurs de plusieurs voies de défense (Protéines PR, voie des phénylpropanoïdes, composés pariétaux), par RT-qPCR. En contexte non infectieux, le BioA187 induit l’expression de plusieurs gènes codant des protéines PR, alors que les gènes PAL et POX (PR9) sont plus amplement exprimés chez les plantes mycorhizées par Fm. Dans le cadre de l’association BioA 187+Fm, une induction des gènes PR et de gènes de la voie des phénylpropanoïdes a été observée. Lors de l’infection du blé par l’agent pathogène, une analyse métabolomique a révélé l’accumulation de phénylamides, composés connus pour leur activité antimicrobienne, notamment chez les plantes traitées par BioA187. Les gènes impliqués dans la voie des phénylpropanoïdes et des gènes PR sont surexprimés chez le blé traité (BioA187, BioA187+Fm). L’application de BioA 187 semble renforcer l’expression des défenses chez les plantes mycorhizées, ces dernières présentant par ailleurs des défenses induites de façon constitutive. Parallèlement, l’activité enzymatique POX est élicitée dans les tissus foliaires en réponse au traitement par BioA187 (conditions BioA 187 et BioA 187+Fm), en absence de Bgt, puis plus fortement stimulée en réponse à l’infection par Bgt. En revanche, les plantes mycorhizées par Fm n’ont pas montré d’augmentation de l’activité POX. En conclusion, l’ensemble de nos résultats a mis en évidence l’intérêt d’utiliser l’association BioA187+Fm comme moyen de biocontrôle de l’oïdium du blé, via le renforcement des réactions de défense de la plante.

Wheat (Triticum aestivum L.), the second most widely produced cereal in the world, is the host of different pathogens, such as the causal agent of powdery mildew Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt). The use of conventional fungicides still remains necessary to control this disease and to secure wheat yields. However, the emergence of fungicide resistance in the pathogen population and the potential threat towards the environment and human health are prompting a move towards more sustainable control strategies. Therefore, my thesis work, which is part of the INTERREG V BioScreen project, aimed to develop tools for the biocontrol of wheat powdery mildew based on the use of molecules with antifungal and/or plant defense inducer properties/activities and beneficial microorganisms such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). After a screening step aiming at selecting the most effective molecules belonging to various chemical families (rhamnolipids, chito-oligosaccharides, lipopeptides, cyclodextrins) and fungal inocula against wheat powdery mildew, our study focused on the association of the chito-oligosaccharide BioA187, used in foliar application, and the fungal inoculum based on the AMF Funneliformis mosseae (Fm) incorporated in the culture substrate. The combined treatment BioA187+Fm resulted in a higher protection rate of wheat against powdery mildew (72% compared to 33 and 42%, respectively) for BioA187 and Fm used separately. The defense induction in wheat was assessed by studying the expression of some marker genes of several defense pathways (PR-proteins, phenylpropanoid pathway, parietal compounds), by RT-qPCR. Under non-infectious conditions, BioA187 induces the expression of several genes encoding for PR proteins, whereas the PAL and POX (PR9) genes are overexpressed in plants mycorrhized by Fm. Considering the BioA187+Fm association, inductions of PR-encoding genes and genes involved in the phenylpropanoid pathway have been observed. After wheat was infected with the pathogen, a metabolomic analysis revealed the accumulation of phenylamides, compounds known for their antimicrobial activity, in particular in plants treated with BioA187. The genes involved in the phenylpropanoid pathway and PR-encoding genes are over-expressed in treated wheat (BioA187, BioA187+Fm). The application of BioA187 enhanced the expression of defenses by mycorrhization, which also constitutively induced defenses. In addition, POX activity was elicited in leaf tissue in response to BioA187 treatment alone or combined with Fm inoculation, in the absence of Bgt, and to a larger extent stimulated after Bgt infection. On the other hand, no induction of POX activity was observed on plants mycorrhized by Fm. In conclusion, taken all together, our findings highlighted the interest of using the BioA187+Fm association as a tool for the biocontrol of wheat powdery mildew, via the reinforcement of the plant defense.