Etude des mécanismes de biocontrôle d’agents microbiens vis-à-vis de Fusarium graminearum dans un objectif d’optimisation de leurs performances (spécificité, durabilité)

Study of the biocontrol mechanisms of microbial agents against Fusarium graminearum with the goal to optimise their performances (specificity, durability).

• Auteur / Autrice : Cheikh Ahmeth Tidiane Dieye
• Direction : Angélique Fontana Tachon, Caroline Strub
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Christian Jay-Allemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Savoie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monika Ava Coton, Florence Fontaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusarioses

Biologie moléculaire

Stérilisation (microbiologie)

Mycotoxines

Blé

Mots clés libres

Blé

Mycotoxines

Biocontrôle

Microbiologie

Biologie moléculaire

BCAs

Mycotoxins

Wheat

Biocontrol

BCAs

Microbiology

Molecular biology

Résumé

La nécessité de gérer les pathogènes des céréales augmentera à mesure que la production alimentaire continuera à s'intensifier pour nourrir une population humaine croissante. Le climat est un moteur important de la dynamique des populations microbiennes, de sorte que le changement climatique nécessitera des stratégies de gestion adaptatives pour faire face au changement de comportement des champignons phytopathogènes. Les fluctuations du climat se manifestent principalement par une augmentation des températures, des niveaux CO2 et une modification de l'humidité relative. Il est donc important d’étudier l'impact des facteurs abiotiques liés aux variations climatiques sur les microorganismes pathogènes des céréales et leurs agents de biocontrôle (BCAs). Dans ce contexte, ce travail a consisté à étudier l'impact des perturbations du climat sur l'efficacité de trois BCAs commerciaux (Mycostop®, Xedavir® et Polyversum®) contre l'agent causal de la fusariose de l'épi du blé, Fusarium graminearum, à l’aide de confrontations expérimentales in vitro, in spicula (épillets blé) et in planta. Il a été observé des effets contrastés des changements de température et d'humidité relative sur F. graminearum, les BCAs et leurs interactions à travers un plan expérimental de confrontations in vitro et sur épillets de blé. Les BCAs ont limité la croissance du pathogène quelles que soient les variations des facteurs abiotiques. Concernant la production de mycotoxines, un effet différentiel sur la production du Déoxynivalénol (DON) et de la Zéaralénone (ZEN) a été observé en fonction des conditions. L'efficacité des BCA dans le contrôle de la mycotoxinogenèse varie en fonction de la mycotoxine produite et des conditions de culture, indiquant une différence d'adaptation ou de mécanismes d'adaptation aux facteurs abiotiques entre les microorganismes. Les données expérimentales ont été utilisées pour concevoir des modèles mathématiques permettant de contribuer à la prédiction de la croissance des trois BCAs, la croissance et la production de DON de F. graminearum en fonction de la température, de l'humidité relative et de la présence ou absence de BCAs. L’impact de la température sur les mécanismes d’action des BCAs (antibiose, biotransformation des mycotoxines, synthèse d’enzymes lytiques…) ont été étudiés. L’augmentation de la température a affecté négativement la capacité des BCAs à inhiber la germination des spores du pathogène, leurs activités chitinolytiques, leur capacité de biotransformation du DON et d'inhibition de l'expression des gènes Tri5 et Tri8 du pathogène, impliqués dans la synthèse du DON. Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur l’effet des paramètres abiotiques sur l’interaction entre les BCAs et F. graminearum, en particulier sur la production de mycotoxines. Il ouvre la voie au développement de stratégies de biocontrôle des mycotoxines efficaces et résilientes utilisant des microorganismes bénéfiques contre F. graminearum, contribuant ainsi à la sécurité alimentaire mondiale.

The need to manage cereal pathogens will increase as food production continues to intensify to feed a rapidly increasing human population. Climate is an important driver of microbial population dynamics, so climate change will require adaptive management strategies to cope with the changing behavior of plant pathogenic fungi. Fluctuations in climate are mainly manifested in increased temperatures, CO2 levels and changes in relative humidity. It is therefore important to study the impact of abiotic factors linked to climatic variations on cereal pathogenic microorganisms and their biocontrol agents (BCAs). Against this background, this study investigated the impact of climate disturbances on the efficacy of three commercial BCAs (Mycostop®, Xedavir® and Polyversum®) against the causal agent of Fusarium head blight in wheat, Fusarium graminearum, using experimental confrontations in vitro, in spicula (wheat spikelets) and in planta. Contrasting effects of temperature and relative humidity changes on F. graminearum, BCAs and their interactions were observed through an experimental design of in vitro and wheat spikelet confrontations. BCAs limited the pathogen's growth irrespective of variations in abiotic factors. Regarding mycotoxin production, a differential effect on the production of deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEN) was observed depending on the growing conditions. The effectiveness of BCAs in controlling mycotoxinogenesis varied according to the mycotoxin produced and the growing conditions, indicating a difference in adaptation or coping mechanisms to abiotic factors between microorganisms. The experimental data were used to design mathematical models to help predict the growth of the three BCAs, the growth and DON production of F. graminearum as a function of temperature, relative humidity and the presence or absence of BCAs. The impact of temperature on the mechanisms of action of BCAs (antibiosis, mycotoxin biotransformation, lytic enzyme synthesis, etc.) was studied. Increased temperature adversely affected the ability of BCAs to inhibit pathogen spore germination, their chitinolytic activities, their DON biotransformation capacity and inhibition of expression of the pathogen's Tri5 and Tri8 genes, involved in DON synthesis. This work provides new insights into the effect of abiotic parameters on the interaction between BCAs and F. graminearum, especially on mycotoxin production. It paves the way for the development of effective and resilient mycotoxin biocontrol strategies using beneficial microorganisms against F. graminearum, thus contributing to global food security.