Biocontrôle d’un champignon pathogène, Fomitiporia mediterranea, impliqué dans l'Esca, une maladie dévastatrice du bois de la vigne, en utilisant des bactéries isolées de Vitis vinifera

Biocontrol of a pathogenic fungus, Fomitiporia mediterranea, of Esca, a devastative grapevine trunk disease, using bacteria isolated from Vitis vinifera

• Auteur / Autrice : Ouiza Mesguida
• Direction : Patrice Rey, Eléonore Attard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Compant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Rey, Eléonore Attard, Laura Mugnai, Marc Bardin, Kendra Baumgartner, Jean-Yves Berthon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laura Mugnai, Marc Bardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Métabolites

Esca (maladie)

Viticulture

Mots clés libres

Paenibacillus

Pseudomonas

Métabolites antifongiques

Arsenite de sodium

Injection dans le tronc

Paenibacillus

Pseudomonas

Antifungal metabolites

Sodium arsenite

Trunk injection

Résumé

Les maladies du bois de la vigne (MDBs), notamment l'Esca, constituent un enjeu majeur pour la viticulture mondiale. Ces MDBs réduisent la durée de vie des vignobles, impactent la qualité des raisins et donc du vin, entraînant des pertes de revenus estimées à un milliard d'euros par an en France. Aucun traitement curatif n'est disponible depuis l'interdiction de l'arsénite de sodium au début des années 2000, le dernier pesticide chimique homologué pour contrôler les MDBs en Europe. Le développement de méthodes alternatives pour gérer les MDBs, telles que le biocontrôle, est par conséquent de la plus haute importance. Notre objectif a été de sélectionner des bactéries de biocontrôle capables d’inhiber Fomitiporia mediterranea (Fmed), l'un des principaux champignons pathogènes de l'Esca. Ce champignon dégrade le bois de la vigne, conduisant à la formation de la pourriture blanche dans le bois, l’amadou, un symptôme clé de l'Esca, où s'accumulait l'arsénite de sodium. Nos objectifs ont été d’identifier les mécanismes d'action des bactéries sélectionnées, puis d'évaluer leur efficacité au vignoble. Un criblage de 58 souches bactériennes isolées de la vigne a été réalisé in vitro afin d’évaluer leur capacité à inhiber la croissance de six souches de Fmed, via la production de métabolites volatils et diffusibles. Un second criblage a été effectué en microcosme, constitué de sciure de bois de vigne provenant de sept cépages. In vitro, les composés volatils de 51 des 58 souches ont montré une efficacité élevée pour inhiber la croissance de Fmed (>50%). Concernant les métabolites diffusibles, huit souches avaient un niveau d’efficacité similaire. En microcosme, les souches Pseudomonas lactis SV9, Pseudomonas paracarnis S45 et Paenibacillus polymyxa SV13 ont également montré une forte efficacité à inhiber Fmed, elle était cependant dépendante du cépage. Les génomes des trois souches ont été analysés, ainsi que leurs métabolomes par LC-MS/MS pour les composés diffusibles, et par SPME GC-MS pour les volatils. Paenibacillus polymyxa SV13 a inhibé la croissance de Fmed via la production de métabolites diffusibles, tandis que les deux souches de Pseudomonas ont agi principalement via leurs métabolites volatils. Parmi les composés diffusibles produits par P. polymyxa SV13 en présence de Fmed, des molécules de type fusaricidine ayant une activité antifongique ont été identifiés. Pour les métabolites volatils bactériens, les deux souches de Pseudomonas ont produit du disulfure de diméthyle, également connu comme étant un composé antifongique. Les analyses génomiques des trois souches bactériennes ont révélé des groupes de gènes responsables de la régulation des mécanismes d’antagonisme directs et indirects. Pour comprendre le mode d'action de l'arsénite de sodium sur Fmed, le transcriptome du champignon a été examiné lors de son interaction avec ce produit, ouvrant la voie à de futures analyses transcriptomiques lors de l'interaction entre Fmed et les bactéries. Le potentiel de biocontrôle de P. paracarnis S45 et P. polymyxa SV13 a été évalué lors d'un essai au vignoble (cépage Sauvignon Blanc) où ces bactéries ont été injectées dans les troncs de ceps de vigne symptomatiques. Une réduction de la sévérité de l'Esca suite à ces injections a été observée. L'efficacité du traitement variait selon le type de bois injecté, la plus grande efficacité étant observée lors d’injection dans l’amadou. Des analyses de la physiologie de la vigne, de la qualité des baies et du microbiome du bois ont également été réalisées, suite à l’injection de deux bactéries dans le tronc des ceps. Nos résultats soulignent l’importance d’études combinant la sélection d’agents de biocontrôle in vitro, la détermination de leurs modes d’action et l’évaluation de leur efficacité au champ. De futures études pourraient examiner différents modes d’application, et tester différentes formulations d’agents de biocontrôle afin d’améliorer l’efficacité de la protection au vignoble.

Grapevine trunk diseases (GTDs), particularly Esca, are a major challenge for viticulture worldwide. GTDs decrease the profitable lifespan of vineyards and affect berry and wine quality, leading to an estimated one billion euros in lost revenues annually in France. No curative control treatments are available since the ban of sodium arsenate in the early 2000s, the last chemical pesticide registered to control Esca in Europe. As a consequence, development of alternative methods to manage Esca, such as biological control, has become essential. Our aim was to select bacterial biological control agents (BCAs) effective against one of the main pathogenic fungi of Esca, Fomitiporia mediterranea (Fmed). This fungus degrades grapevine wood acting as a white rot pathogen. White rot is a key symptom of Esca in grapevine wood, where sodium arsenate accumulated after grapevine treatment. Our objectives were to explore the mechanisms of action of selected bacterial strains against Fmed, and subsequently assess their effectiveness in field conditions. A stepwise screening of 58 bacterial strains isolated from grapevine was carried out in vitro for their ability to inhibit the growth of six Fmed strains, through the production of volatile and agar-diffusible metabolites. A second screening was performed on microcosm, made of wood sawdust from seven grapevine cultivars. Fifty-one bacterial strains out of 58 strains tested had high efficacy in inhibiting the growth of Fmed (>50%) through volatile compounds, while eight bacterial strains exhibited strong antifungal efficacy through the production of agar-diffusible metabolites. The strains Pseudomonas lactis SV9, Pseudomonas paracarnis S45, and Paenibacillus polymyxa SV13 demonstrated strong efficacy in inhibiting Fmed in microcosms, in a cultivar-dependent manner. The whole genomes of the three strains were analyzed along with their metabolomes (LC-MS/MS for diffusible compounds and SPME GC-MS for volatile compounds). Paenibacillus polymyxa SV13 inhibited Fmed growth mainly via the production of diffusible metabolites, while the two Pseudomonas strains acted mainly via their volatile metabolites. Among the bacterial diffusible compounds, P. polymyxa SV13 produced mainly fusaricidin-type compounds in the presence of Fmed, compounds known for their antifungal activity. Regarding bacterial volatiles, both Pseudomonas strains produced dimethyl disulfide, which is also known as an antifungal molecule. Genome analyses of the three bacterial strains revealed gene clusters responsible for regulating both direct and indirect mechanisms of action in BCAs. To understand the mode of action of sodium arsenite on Fmed, the transcriptome of the fungus was examined while interacting with this chemical compound, hence paving the way for future transcriptomic analyses during the pathogen interaction with the bacterial BCAs. The biocontrol potential of the two strains P. paracarnis S45 and P. polymyxa SV13 was evaluated in a vineyard trial, by injecting them into the trunks of Esca-symptomatic grapevines of the cultivar Sauvignon Blanc. This study demonstrated a reduction in Esca severity after trunk injections of P. paracarnis S45 or P. polymyxa SV13. Treatment efficacy varied depending on the type of wood tissue injected, with the greatest efficacy observed when injected into white-rot. Analyses of grapevine physiology, berry quality and wood microbiome were also carried out, following the injection of the two bacteria into the trunk of the grapevines. Our results highlight the importance of studies combining the selection of biological control agents in vitro, deciphering their modes of action and the evaluation of their efficacy in the field. Future research could focus on optimizing application methods and refining biocontrol formulations to further enhance their effectiveness.