Modéliser les dynamiques épidémiques avec priming immunitaire au sein des mélanges variétaux

Modelling epidemics dynamics with immune priming in cultivar mixtures

• Auteur / Autrice : Pauline Clin
• Direction : Frédéric Hamelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modélisation en écologie, géosciences, agronomie et alimentation
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie, Alimentation (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes
• Jury : Président / Présidente : Yannick Outreman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Gandon, Samuel Soubeyrand, Pauline Ezanno, Virginie Ravigné
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Gandon, Samuel Soubeyrand

Mots clés

Mots clés libres

Agroécologie

Gestion durable des résistances

Immunité végétale

Virulence

Interactions hôtes-Pathogènes

Modèles épidémiologiques

Agroecology

Sustainable resistance management

Plant immunity

Virulence

Host-Pathogen interactions

Epidemiological model

Résumé

Permettre aux agriculteurs de s’affranchir des pesticides et préserver les ressources génétiques cultivées en limitant l’émergence de nouvelles maladies est l’un des objectifs de la transition agro-écologique. Les mélanges variétaux sont une solution efficace et plus durable que les cultures pures de variétés résistantes pour la maîtrise des épidémies, mais leur fonctionnement est encore mal compris. L’immunité végétale et plus précisément le priming immunitaire est parfois évoqué pour expliquer l’efficacité observée des mélanges, mais son influence sur les épidémies reste peu étudiée. J’ai donc développé des modèles épidémiologiques qui montrent l’impact potentiel du priming dans l’efficacité observée des mélanges variétaux.Dans un mélange de variétés sensibles et résistantes, le priming peut ainsi diminuer la prévalence des maladies comparativement aux cultures pures de variétés résistantes. Dans un mélange de variétés résistantes, le priming réduit également le nombre minimal de gènes de résistance requis pour rester sous un seuil de prévalence acceptable. De plus, les modèles développés permettent d’évaluer les proportions optimales des variétés pour renforcer l’efficacité des mélanges et accroître la durabilité des résistances utilisées. Ils montrent que la variété à insérer en plus grande proportion est la moins coûteuse à contourner pour l’agent pathogène. Ces nouveaux apports théoriques, parfois contre-intuitifs mais explicables écologiquement, soulignent l’importance de l’immunité individuelle à l’échelle de la population, et encouragent de futures recherches pour mieux utiliser le priming dans les stratégies de protection des plantes.

Allowing growers to get free from pesticide use and preserving cultivated genetic resources while limiting the emergence of new diseases is one of the aims of the ongoing agroecological transition. To these ends, cultivar mixtures are an effective and more sustainable solution than pure stands of resistant cultivars, but a lack of understanding persists about how they work. Plant immunity and more specifically immune priming is sometimes mentioned to explain the observed efficiency of mixtures, but its mode of action on epidemics is still poorly known. I thus developed epidemiological models to identify the effects of priming on the effectiveness of mixtures. These models evidence that priming is critical to explain the observed effectiveness of cultivar mixtures.In a mixture of susceptible and resistant cultivars, priming decreases disease prevalence compared to a pure stand of the resistant host. In a mixture of resistant cultivars, priming also reduces the number or resistance genes needed to maintain disease prevalence below an acceptable threshold. In addition, the models make it possible to evaluate in what proportions cultivars should be mixed to optimize mixture efficiency and increase the durability of the resistances used. The variety to be mixed in the greatest proportion is the one that is the least costly for the pathogen to break. These novel theoretical contributions, sometimes counter intuitive but explainable ecologically, highlight how individual immunity scales up at the population level, and encourage future research to best exploit priming in plant protection strategies.