Des actinobactéries pour le contrôle des champignons phytopathogènes et/ou mycotoxinogènes du blé

Actinobacteria for the control of phytopathogenic and/or mycotoxinogenic fungi of cereals

• Auteur / Autrice : Ixchel Campos Avelar
• Direction : Sabine Schorr-Galindo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et microbiologie
• Date : Soutenance le 22/06/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Florence Forget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Schorr-Galindo, Florence Forget, Florence Mathieu, Olivier Puel, Alexandre Colas de La Noue, Angel Medina Vaya, Mirna Leonor Suàrez-Quiroz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Mathieu, Olivier Puel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relations plante-microorganisme pathogène

Champignons phytopathogènes

Streptomyces

Mots clés libres

Streptomyces

Biocontrôle

Champignons phytopathogènes

Mycotoxines

Détoxification

Clusterisation

Streptomyces

Biocontrol

Fungal phytopathogens

Mycotoxins

Detoxification

Clusterization

Résumé

Le blé est la principale céréale consommée en Europe. Sa contamination par des pathogènes fongiques est une des menaces principales, provoquant des pertes de rendement et la potentielle apparition des mycotoxines. Puccinia triticina produit la rouille brune, Magnaporthe oryzae la pyriculariose, Septoria nodorum blotch et Septoria tritici blotch sont provoquées par Parastagonospora nodorum et Zymoseptoria tritici, respectivement, la fusariose est produite par Fusarium graminearum et Fusarium verticillioides émerge comme pathogène du blé. Aspergillus flavus et Penicillium verrucosum, se développent principalement lors du stockage des graines. La diminution des fongicides chimiques a motivé la recherche des alternatives pour le contrôle des champignons. Le genre Streptomyces est prometteur comme des agents de biocontrôle (BCAs) grâce à leur importante production des métabolites secondaires bioactifs et des enzymes, mais aussi due à leur capacité à détoxifier des mycotoxines. Dans cette étude, l’impact des isolats de Streptomyces sur la croissance fongique et l’accumulation des mycotoxines a été évaluée. Des réductions maximales de la croissance fongique ont varié entre 66% (F. graminearum) et 10% du contrôle (P. nodorum). L’accumulation des mycotoxines a été diminuée de 35% du contrôle (DON) jusqu’à l’élimination complète (AFB1), tandis que certains isolats ont provoqué une suraccumulation. Des surnageants bactériens ont été en général moins efficaces pour réduire la croissance fongique et l’accumulation de DON, AFB1 et OTA, provoquant parfois des importantes surproductions (au moins 8 fois plus de fumonisines). Ceci met en évidence l’importance d’évaluer l’impact sur les mycotoxines lors des évaluations des BCAs. OTA a été fortement dégradé par des isolats bactériens principalement en milieu liquide (réduction jusqu’à 38% du contrôle en moyenne), tandis que l’AFB1 a été dégradée en milieu solide, liquide, et par les surnageants (33%, 43% et 69% du contrôle en moyenne, respectivement). De plus, l’évaluation de la toxicité résiduelle de l’AFB1 montrait une détoxification efficace, jusqu’à 27% du contrôle. L’analyse du Clustering et des corrélations de Pearson a permis de classifier les isolats bactériens en fonction de leurs performances et d’évoquer des possibles mécanismes antagonistes, tels que la production des composés antifongiques, des enzymes dégradatrices de mycotoxines et des potentiels inhibiteurs de la biosynthèse des mycotoxines. Les bactéries ont colonisé les feuilles du blé lors des essais in planta et sont restées viables pendant une semaine. Néanmoins, seulement S. griseoviridis du Mycostop®, les a protégés contre les champignons testés. Ce travail présente une approche intégrée pour le criblage des potentiels BCAs, ciblant l’analyse globale des resultats pour elucider les mecanismes antagonistes et identifier les isolats les plus prometteurs.

Wheat is the main cereal crop consumed in Europe. Its contamination with fungal pathogens is one of the main threats, leading to massive yield losses and the potential occurrence of mycotoxins. Puccinia triticina causes leaf rust, Magnaporthe oryzae causes wheat blast, Septoria nodorum blotch and Septoria tritici blotch are caused by Parastagonospora nodorum and Zymoseptoria tritici, respectively, Fusarium head blight is caused by Fusarium graminearum and Fusarium verticillioides emerges as a wheat pathogen. Aspergillus flavus and Penicillium verrucosum, develop mostly during grain storage. Decrease on chemical fungicides motivated the search for alternatives for fungal management. Streptomyces genus are promising as biocontrol agents (BCAs) due to their wide production of bioactive secondary metabolites and enzymes, but also due to their capacity to detoxify mycotoxins. In this study, the impact of Streptomyces isolates on fungal growth and mycotoxin accumulation was evaluated. Maximal decreases of fungal growth varied from 66% (F. graminearum) down to 10% of the control (P. nodorum). Mycotoxin accumulation was decreased from 35% of the control (DON), to a complete elimination (AFB1), while some isolates caused an overaccumulation. Bacterial Cell Free Extracts (CFEs) were in general less efficient at decreasing fungal growth, and DON, AFB1 and OTA accumulation. Sometimes causing a strong overproduction (at least 8 times more fumonisins). This highlights the importance of assessing the impact on mycotoxins when evaluating BCAs. OTA was strongly degraded by bacterial isolates mainly in liquid medium (down to 38% of the control in average), while AFB1 was degraded in solid and liquid medium and by bacterial CFEs (33%, 43% and 69% of the control on average, respectively). Moreover, the evaluation of AFB1 residual genotoxicity indicated an effective detoxification down to 27% of the control. Clustering analysis and Pearson correlations allowed to classify the bacterial isolates according to their performances and to evoke possible antagonistic mechanisms, such as the production of antifungal compounds, mycotoxin degrading enzymes and potential inhibitors of mycotoxin biosynthesis. Bacteria colonized wheat leaves during in planta assays and remained viable after 1 week. However, only S. griseoviridis from Mycostop®, protected against the tested fungi. This work presents an integrated approach for the screening of potential BCAs, focusing on the global analysis of the results to elucidate antagonistic mechanisms and to identify the most promising isolates.