Facteurs déterminants de la production d’inoculum chez Hymenoscyphus fraxineus, agent de la chalarose du frêne

Factors determining of inoculum production in the ash dieback fungus, Hymenoscyphus fraxineus

• Auteur / Autrice : Simon Laubray
• Direction : Benoît Marçais, Marc Buée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 16/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Arbres Micro-organismes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Robin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Marçais, Marc Buée, Marie Simonin, Ivan Sache, Frédéric Suffert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Simonin, Ivan Sache

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des forêts

Communautés fongiques

Épidémiologie

Plantes -- Maladies cryptogamiques

Champignons phytopathogènes

Frêne commun

Mots clés libres

Pathologie forestière

Écologie

Épidémiologie

Ecology

Epidemiology

Forest pathology

Résumé

Les populations de frêne commun Européen (Fraxinus excelsior) sont aujourd'hui soumises à l'épidémie de chalarose. Les premiers dépérissements de frêne ont été signalés au début des années 90 en Pologne suite à l'introduction du champignon pathogène Hymenoscyphus fraxineus originaire du Nord Est de l'Asie. En 2022, l'épidémie s'étendait sur la majeure partie de l'aire de répartition de F. excelsior provoquant des mortalités importantes. L'impact du pathogène est d'autant plus élevé lorsque l'infection est massive. Cette thèse se focalise donc sur la source d'inoculum du pathogène présente sur les débris de feuilles de la litière. Avec pour objectifs de mieux comprendre les facteurs démographiques et environnementaux déterminants pour cette production d'inoculum. Le premier axe se focalise sur la dynamique de population d'H. fraxineus en lien avec la densité de son hôte et la densité dépendance de la production d'inoculum. La multiplication de ce champignon est exclusivement réalisée par reproduction sexuée, les conidies jouant le rôle de spermaties. Leur dispersion étant de quelques dizaine de centimètres, le succès de reproduction est fortement dépendant de la probabilité de rencontre des partenaires sexuels, elle-même dépendante de la densité de population du pathogène. Le suivi de la production de fructification (issue de la reproduction sexuée) en fonction de la densité de population d'H. fraxineus a été réalisé au sein d'un réseau de peuplement suivant un gradient de densité en frêne. Cette partie a mis en évidence, d'une part une densité de population d'H. fraxineus étroitement liée à la densité d'hôte, et d'autre part une production limitée de l'inoculum à faible densité de population, cette densité dépendance à faible effectif est appelé effet Allee. Le deuxième axe estime la persistance du pathogène dans les peuplements contaminés et l'évolution de sa capacité à produire de l'inoculum avec le temps. Cette persistance est un élément essentiel à prendre en compte dans le cadre d'une éradication mais également dans la compréhension du mécanisme d'établissement de la population. Le dispositif installé au sein de peuplements de frênes a permis de suivre la cinétique de dégradation de la litière de frêne en fonction de son taux de colonisation par H. fraxineus ainsi que le potentiel de fructification du champignon selon l'âge de la litière en cours de dégradation. La mise en évidence de la persistance de la litière colonisée par le pathogène pendant au moins trois ans et la capacité de ce dernier à fructifier durant cette période est une preuve qu'un réservoir d'inoculum s'installe durablement dans les peuplements contaminés. Ce réservoir d'inoculum pourrait jouer un rôle déterminant pour relancer une épidémie après une année défavorable à l'infection foliaire. Le troisième axe décrit les communautés fongiques présentes dans la litière de frêne en décomposition et au sein de laquelle H fraxineus poursuit son développement après la chute des feuilles colonisées. A partir de données métabarcoding de l'ITS1 fongique, l'étude compare les communautés fongiques présentent sur les feuilles au moment de leur chute à l'automne et les communautés fongiques présentes sur les résidus foliaires au printemps. L'évolution des abondances de chaque espèce de la communauté fongique est confrontée à celle d'H. fraxineus. Les espèces identifiées comme ayant une abondance négativement corrélée à l'abondance d'H. fraxineus pourraient présenter une action antagoniste au développement hivernal du pathogène, limitant ainsi sa présence au printemps suivant et réduisant son pouvoir de production d'inoculum. Les travaux réalisés mettent en évidence l'importance de considérer la diversité des facteurs pouvant intervenir dans la production d'inoculum. Ces derniers peuvent être déterminants pour l'établissement d'une population du pathogène invasif étudié au sein des peuplements de frêne.

Populations of common European ash (Fraxinus excelsior) are currently suffering from the chalarosis epidemic. The first ash dieback was reported in the early 1990s in Poland following the introduction of the pathogenic fungus Hymenoscyphus fraxineus, which originated in north-east Asia. In 2022, the epidemic had spread over most of the range of F. excelsior, causing significant mortality. The impact of the pathogen is all the greater when the infection is massive. This thesis therefore focuses on the pathogen's source of inoculum in leaf litter debris. The aim is to gain a better understanding of the demographic and environmental factors that determine inoculum production. The first axis focuses on the population dynamics of H. fraxineus in relation to the density of its host and the density dependent on inoculum production. This fungus multiplies exclusively by sexual reproduction, with conidia playing the role of spermatia. As they are dispersed over a distance of just a few dozen centimetres, reproductive success is highly dependent on the probability of sexual partners meeting, which in turn depends on the pathogen's population density. Fruiting body production (from sexual reproduction) was monitored as a function of H. fraxineus population density in a network of stands following an ash density gradient. This section highlighted, on the one hand, a population density of H. fraxineus closely linked to host density and, on the other hand, a limited production of inoculum at low population density. This density dependency at low numbers is known as the Allee effect. The second axis estimates the persistence of the pathogen in contaminated stands and changes in its capacity to produce inoculum over time. This persistence is an essential factor to take into account in eradication, but also in understanding the population establishment mechanism. The system installed in ash stands was used to monitor the degradation kinetics of ash litter as a function of its rate of colonisation by H. fraxineus, as well as the fungus' fruiting potential depending on the age of the litter during degradation. The persistence of litter colonised by the pathogen for at least three years and the ability of the pathogen to fructify during this period is proof that a reservoir of inoculum has been established on a long-term basis in contaminated stands. This reservoir of inoculum could play a decisive role in relaunching an epidemic after a year in which foliar infection is unfavourable. The third axis describes the fungal communities present in the decomposing ash litter in which H. fraxineus continues to develop after the colonised leaves have fallen. Using fungal ITS1 metabarcoding data, the study compares the fungal communities present on the leaves at the time of their fall in autumn and the fungal communities present on the leaf residues in spring. Changes in the abundance of each species in the fungal community were compared with those of H. fraxineus. The species identified as having an abundance negatively correlated with the abundance of H. fraxineus could have an antagonistic effect on the winter development of the pathogen, thus limiting its presence the following spring and reducing its inoculum production capacity. The work carried out highlights the importance of considering the diversity of factors involved in inoculum production. These factors may be decisive in the establishment of a population of the invasive pathogen studied in ash stands.