Développement du biocontrôle du mildiou de la vigne à l'aide de communautés microbiennes synthétiques (syncoms)

Developing biocontrol for grapevine downy mildew using a synthetic microbial community (syncom) approach

• Auteur / Autrice : Aarti Jaswa
• Direction : Corinne Vacher, Guilherme Martins
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences agronomiques et forestières
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/06/2026
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SAVE - Santé et Agroécologie du VignoblE
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Cluzet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thibault Nidelet, Michele Perazzolli, François Delmotte, Juliana Almario, Corinne Vacher, Sophie Trouvelot, Guilherme Martins
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thibault Nidelet, Michele Perazzolli

Mots clés

Mots clés libres

Biocontrôle

Mildiou

Communauté microbienne synthétique (SynCom)

Vigne

Phyllosphère

Interactions plantes-microbiote

Biocontrol

Downy mildew

Synthetic microbial community (SynCom)

Grapevine

Phyllosphere

Plant-microbiome interactions

Résumé

Le mildiou, causé par l’oomycète Plasmopara viticola, est l’une des maladies les plus destructrices en viticulture. Le rôle des communautés microbiennes associées à la vigne dans la régulation des agents pathogènes est devenu un axe majeur de la gestion des maladies, faisant du biocontrôle microbien une stratégie prometteuse pour une viticulture durable. Les produits de biocontrôle commerciaux à souche unique présentent une efficacité variable, souvent influencée par les conditions climatiques qui peuvent affecter la colonisation et la survie des souches. Une alternative consiste à utiliser des communautés microbiennes synthétiques (SynComs). En combinant plusieurs souches de biocontrôle capables d’interagir entre elles et avec le microbiote résident, les SynComs peuvent favoriser la colonisation et la survie de l’inoculum, offrant une alternative aux limites des souches individuelles. L’étude des SynComs permet de mieux comprendre les propriétés des communautés microbiennes responsables de l’efficacité du biocontrôle, ainsi que les interactions plante-microbe et microbe-microbe. L’objectif de cette thèse est d’utiliser une approche SynCom pour mieux comprendre les interactions entre P. viticola et le microbiote foliaire, afin de concevoir des consortiums microbiens efficaces en biocontrôle. Pour cela, nous avons constitué une collection de micro-organismes foliaires de la vigne (bactéries, levures et champignons filamenteux) via une approche « culturomique » sur un milieu à base d’extrait de feuilles de vigne. Nous avons ensuite conçu une SynCom inter-règnes (n = 42), représentative des communautés foliaires naturelles. La SynCom totale, ainsi que plus d’une centaine de sous-ensembles dérivés de la SynCom, ont été confrontées à P. viticola sur des disques foliaires pour (i) caractériser son mode d’action via l’analyse de la colonisation des feuilles, du métabolome et de l’expression des gènes de défense, et (ii) évaluer si l’augmentation de la diversité taxonomique et phylogénétique des sous-ensembles de SynCom améliore la colonisation foliaire et l’efficacité du biocontrôle. Des expériences en souche unique et de « drop-out » ont comparé l’efficacité des membres de la SynCom seuls ou en consortium. Enfin, la SynCom totale a été appliquée en parcelles expérimentales pour tester sa capacité à coloniser les feuilles et contrôler le mildiou en conditions agricoles. Nos résultats montrent que l’utilisation d’un milieu de culture spécialisé à base d’extrait foliaire a permis d’augmenter la cultivabilité des souches fongiques. La SynCom complète a significativement réduit la sporulation du mildiou en conditions contrôlées. Nous avons détecté des métabolites secondaires produits par les souches colonisatrices, sans observer de forte stimulation ni de priming du système immunitaire de la plante, suggérant un mode d’action principalement direct d’inhibition de P. viticola. Nous avons identifié sept souches jouant un rôle clé au sein de la communauté, dont l’exclusion entraîne la perte de la fonction de biocontrôle de la SynCom. Dans les experiences menées avec les sous-ensembles dérivés de la SynCom, une augmentation de l’efficacité du biocontrôle a été observée avec l’augmentation de la diversité fongique, mais pas bactérienne. Lors de l’essai en parcelles expérimentales, nous avons observé que les souches fongiques colonisaient mieux les feuilles de vigne que les bactéries. Enfin, la SynCom n’était pas efficace contre le mildiou, ce qui peut être expliqué par le fait que la solution d’eau physiologique utilisée pour suspendre la SynCom a provoqué des brûlures foliaires et réduit la vigueur des plantes. Ce travail constitue une première étape pour orienter et améliorer, à court terme, la conception de SynComs de biocontrôle contre le mildiou de la vigne. Les connaissances acquises grâce à l’utilisation de SynComs seront utiles, à long terme, pour le développement de produits de biocontrôle commerciaux multi-souches.

Downy mildew, caused by the oomycete Plasmopara viticola, is one of the most destructive diseases in viticulture. The role of grapevine-associated microbial communities in pathogen regulation has become a key focus for disease management. In the context of sustainable viticulture, the development of microbial biocontrol is a promising strategy. The main concern regarding commercially available single-strain biocontrol products is their inconsistent efficacy, particularly with variable weather conditions that can influence strain colonisation and survival. A synthetic microbial community (SynCom) approach involves designing consortia of microorganisms to test hypotheses derived from microbial ecology theories. Building SynComs by combining multiple biocontrol strains capable of associating among themselves and with the resident microbiota can mimic associations in naturally occurring communities. This increases the likelihood of colonisation and survival when SynComs are applied to plants, providing a potential solution to the efficacy problem of single-strains. Experimenting with SynComs can help us understand the microbial community properties that confer biocontrol efficacy and provide insights into plant-microbe and microbe-microbe interactions. The objective of this PhD dissertation is to use a SynCom approach to improve our understanding of the interactions between P. viticola and the leaf microbiota in order to design microbial consortia with biocontrol activity. To that end, we first built a collection of grapevine foliar microorganisms (bacteria, yeasts and filamentous fungi) using a culturomic approach with a custom grapevine leaf extract-based culture medium. We then designed a cross-kingdom SynCom of 42 strains, intended to mimic natural grapevine foliar communities. The total SynCom, alongside over a hundred subsets of it, were confronted with P. viticola on leaf discs to (i) characterize the mode of action of the total SynCom through the analysis of leaf colonization, metabolome dynamics, and plant defence gene expression; and (ii) investigate whether increasing the taxonomic and phylogenetic diversity of the SynCom subsets increases leaf colonisation and biocontrol efficacy. Single-strain and drop-one-out experiments were used to compare biocontrol efficacy of the SynCom members alone and within the consortium. Finally, the total SynCom was applied in experimental plots to test its ability to colonise leaves and control downy mildew in the field. Our results showed that the custom culture medium increased the cultivability of foliar fungal communities. The whole SynCom significantly reduced downy mildew sporulation under controlled conditions. We detected secondary metabolites produced by the colonising strains, but no strong plant immune stimulation or priming effects, suggesting that its mode of action was primarily direct. We identified a set of seven strains that acted as keystones, since their removal led to loss of SynCom biocontrol function. Among the SynCom subsets, we observed an increase in biocontrol efficacy with increasing diversity of fungi, but not bacteria. In the field trial, we observed that the fungi were able to colonise more successfully than the bacteria but the SynCom treatment was not effective against downy mildew. This might be because the physiological saline solution used to suspend the SynCom cells caused leaf burn and reduced plant vigour. This work is a first step to inform and improve the design of biocontrol SynComs against grapevine downy mildew in the short-term. The knowledge produced from using SynComs will be useful for developing commercial multi-strain biocontrol products in the long-term.