La fusariose des épis est une maladie affectant les grains de céréales, et particulièrement le blé. Elle est provoquée par des champignons du genre Fusarium spp. Les conséquences sur les cultures menacent directement les rendements et la qualité sanitaire des récoltes compte tenu de la capacité de ces champignons à produire des mycotoxines. Parmi les membres du complexe fusarien, Fusarium graminearum est l’espèce la plus fréquemment incriminée. En Bretagne, les exploitations agricoles sont particulièrement menacées par cette maladie. En effet, le climat de la région est favorable à son développement et les exploitants produisant tout ou partie de leurs aliments à la ferme privilégient des rotations céréalières avec un retour fréquent de maïs et de blé, ce qui accroît les risques. À ce jour, la lutte contre la fusariose des épis repose sur une gestion des résidus des récoltes, principale source d’inoculum primaire de F. graminearum, ainsi que sur des traitements fongicides au moment de la floraison. Le contexte socio-économique et le manque d’efficacité de ces méthodes nécessitent de trouver de nouvelles alternatives s’inscrivant dans la durabilité. Le premier objectif de ce travail était donc de mettre en place, d’évaluer et d’optimiser une stratégie de biocontrôle visant à réduire l’inoculum primaire de F.graminearum afin de diminuer la pression de la maladie au champ et ses conséquences sur les cultures. Des essais en microcosmes et au champ ont été mis en place dans ce but. Bien que l’agent de biocontrôle permettait de limiter le développement de F. graminearum dans des sols autoclavés, son efficacité était amoindrie dans des sols non-autoclavés, du fait des interactions avec le microbiote de ces sols. Dans un second temps, la diversité et la structure des communautés microbiennes telluriques de parcelles agricoles bretonnes ont été étudiées via une approche de metabarcoding. Nous avons mis en évidence que la diversité et l’abondance des communautés microbiennes d’un sol contribuent largement à diminuer l’inoculum primaire de F. graminearum et que ce microbiote est influencé par les pratiques agronomiques, climatiques et physico-chimiques. Enfin, l’étude a révélé une relation possible entre l’abondance de certains genres bactériens et la diminution de l’inoculum primaire de F. graminearum. Ce travail conduit à envisager les micro-organismes telluriques comme un levier agronomique permettant de réduire l’incidence de F. graminearum dans les cultures céréalières. / Fusarium Head Blight (FHB) is a devastating disease for cereals, and for wheat in particular, threatening both crop yields and quality, given the ability of Fusarium spp. to produce mycotoxins. Among the Fusarium species complex, Fusarium graminearum is the most common causal agent of the disease. The incidence of FHB in Brittany (France) can be particularly high. Indeed, the agronomic practices include cereal rotations with frequent wheat and maize crops which increase the risk of FHB. Moreover, the climate favors the pathogen development.Currently, appropriate management of the residues, on which F. graminearum grows saprophytically, and the use of fungicide treatments at flowering constitute the two main ways to manage FHB. However, these strategies do not always guaranty an appropriate crop protection. The low and variable efficacy of these methods, combined to the socio-economic pressures, urge to find effective and sustainable alternatives. In this context, the first objective of this work was to develop, evaluate and optimize a biocontrol strategy aiming to reduce F. graminearum primary inoculum in soils, and thus reduce FHB risk for the crops, using both laboratory and field experiments. Although the biocontrol product was able to limit the pathogen growth in autcolaved soils, its efficacy was reduced when taking the interactions with the soil microbiota into account. The diversity and the structure of soil microbial communities were then studied for 31 agricultural fields using a metabarcoding approach in order to highlight the influence of climatic conditions, agronomic practices and soil physicochemical factors. Metabarcoding analysis revealed the importance of diversity and abundance of the soil microbial communities to reduce F. graminearum primary inoculum. This microbiota was also found to be influenced by agronomic practices and physico-chemical factors. Finally, the abundance of specific bacterial genera was related to the reduction of F. graminearum primary inoculum. Outcomes of this work highlight the importance of the soil biological activity and suggest that a manipulation of the soil microbial communities might lead to a better FHB management.

La fusariose des épis des céréales est due à un champignon pathogène (Fusarium spp.) qui entraine non seulement une perte directe de rendement en interrompant le remplissage des grains, mais également une perte indirecte par la production de mycotoxines, responsables de perturbations de procédés industriels et d'intoxications alimentaires. Parmi les différents moyens de lutte, la création de variétés résistantes semble la stratégie la plus efficace et la plus durable. Plusieurs variétés exotiques ont ainsi été identifiées comme résistantes mais présentent la particularité d'être difficilement cultivables sous nos latitudes. L'obtention de variétés résistantes adaptées à nos climats passe donc par une meilleure connaissance des mécanismes de résistance disponibles. La détection de QTL (Quantitative Trait Loci) chez le blé tendre a déjà permis de localiser certains des facteurs génétiques impliqués dans des mécanismes de résistance. Cependant l'utilisation de ces résultats en amélioration des plantes se heurte à deux contraintes majeures : la position des QTL reste le plus souvent imprécise et ces QTL, dérivant de populations biparentales, ne représentent qu'une fraction de la diversité génétique potentiellement intéressante pour ce caractère. L'objectif de la thèse était d'étudier la résistance du blé à la fusariose en réalisant une approche de génétique d'association. L'utilisation de génotypes faiblement apparentés et d'une densité élevée de marqueurs a permis de détecter des associations entre le polymorphisme génétique et des variations phénotypiques. Après avoir réalisé une synthèse sur le pathogène et sur l'approche par génétique d'association, le premier travail a été de réaliser une carte génétique fiable afin de pouvoir localiser les associations mises en évidence. Un panel de 195 variétés de blé tendre élites a été évalué pour leur résistance globale à la fusariose, pour leur résistance à la progression des symptômes et pour leur résistance à l'accumulation des mycotoxines. Des notations morphologiques (précocité, taille, aristation, nombre d'épillets par épi et extrusion des anthères) ont également été réalisées afin d'évaluer leur influence dans l'infestation. Ces variétés ont été génotypées avec 3016 marqueurs SNP, 200 marqueurs SSR et 1400 marqueurs DArT. Préalablement à la réalisation des tests d'association, l'étude de la structure a mis en évidence trois origines géographiques (française, anglaise et allemande) des variétés du panel. De même, l'étude du déséquilibre de liaison a montré que celui-ci était conservé sur une distance comprise entre 2 et 6 cM. L'étude d'association réalisée sur les notations d'infestation a permis d'identifier plusieurs zones associées, dont plusieurs sont colocalisées avec des Meta-QTL et/ou avec des zones identifiées avec les notations morphologiques. La densification en marqueurs de 6 zones associées avec les différentes notations d'infestation, localisées sur les chromosomes 1A, 1D, 2A, 2B, 5A et 7A, ont permis de confirmer ces régions, de restreindre fortement l'intervalle d'intérêt et de mettre en évidence de potentiels gènes candidats. Cette analyse a ainsi permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques et morphologiques impliqués dans la résistance à la fusariose des épis. La décomposition en trois partie de cette résistance (résistance globale, résistance à la progression des symptômes, et résistance à l'accumulation des mycotoxines) montre l'existence de mécanismes génétiques indépendants et donc complémentaire à prendre en compte dans une stratégie de création de variétés résistantes à la fusariose des épis. / Fusarium head blight (FHB), caused by the fungal pathogen Fusarium spp., is a major cereals disease that not only cause direct yield losses, by interrupting grain filling, but also indirect quality losses by the production of mycotoxins, responsible of industrial processes disturbance and food poisoning. Most wheat breeding programs in FHB-affected areas of the world have been screening germplasm to identify sources of improved tolerance. Unfortunately, these sources of genetic resistance are often of exotic origin and not adapted to West European growing conditions. The selection of adapted varieties with improved tolerance therefore needs a better characterization of resistance mechanisms. Several QTL for FHB resistance in wheat have been identified in European germplasm, but the use of these information in marker-assisted selection is constrained by the precision of the QTL and the low diversity tested by using biparental population.The aim of the present study is to use association mapping, also called linkage disequilibrium mapping, to identify loci involved in the resistance to FHB. This method refers to the analysis of statistical associations between genotypes determined in a collection of individuals, and the phenotypes of the same individuals. A dense genetic map was compiled to localize precisely the association results. Resistance to F. graminearum was studied in a panel of 195 elite wheat varieties by the evaluation of three components: resistance to global infection, resistance to symptom progression and resistance to accumulation of mycotoxins. Morphological factors (plant height, heading date, awnedness, spikelets per ears, anther extrusion), known to influence resistance to FHB, were also recorded. All the varieties have been genotyped with around 3300 SNP markers, 200 SSR markers and 1400 DArT markers. We first investigated the structure of the panel, which could generate bias in the estimate of allele effects, if not included explicitly in the association models. We showed that the structure is based on geographical origin (French, German and UK). Study of the linkage disequilibrium (LD) showed an extent of LD between 2 and 6 cM. Results of association studies permitted to identify several loci for each of the evaluated components of resistance. Some of these loci colocalized with the results of the MetaQTL analysis and/or with loci associated with morphological traits. We selected more specifically 6 loci, located on chromosome 1A, 1D, 2A, 2B, 5A and 7A. Marker saturation of the regions, allowed to confirm the genome wide association results and to increase the accuracy of the loci of interest. This analysis allowed to better understand the many factors that influenced FHB resistance, whether genetic or morphological. Results show that the genetic mechanisms are independent between the three components and therefore, information obtained for each component are to be used complementary to create varieties with increased resistance to FHB.

Les céréales et les produits issus de leur transformation sont susceptibles d’être contaminés par des espèces fongiques capables de produire des mycotoxines. L’Homme est ainsi exposé tout au long de sa vie à travers son alimentation à ces contaminants naturels, généralement à de faibles doses et en mélange. Cependant, l’incidence de la présence simultanée de ces toxines sur notre santé, à court terme comme à plus long terme, ainsi que les mécanismes responsables de leur toxicité sont encore peu ou mal caractérisés. L’utilisation de modèles cellulaires humains pertinents et adaptés est particulièrement importante pour de telles études. L’épithélium intestinal et le système immunitaire, qui constituent la première barrière de défense de l’hôte suite à l’ingestion de contaminants alimentaires, ainsi que le foie, de par son rôle majeur dans la biotransformation des xénobiotiques, représentent des modèles d’étude pertinents en toxicologie. Dans le cadre de cette étude, des modèles cellulaires humains d’origine intestinale (Caco-2), immunitaire (THP-1) et hépatique (HepaRG) ont été employés pour évaluer le risque associé à la co-exposition aux mycotoxines de Fusarium (appelées fusariotoxines) qui sont parmi les plus problématiques dans nos régions. Différents types d’interactions, tels que de l’antagonisme et du synergisme, ont pu être observés sur la viabilité cellulaire en fonction de la nature du mélange, des doses testées, de la lignée cellulaire étudiée et du modèle mathématique utilisé pour prédire les effets combinés. Des interactions ont également été observées à l’échelle moléculaire, les effets des mélanges étant très différents de ceux induits par les toxines individuellement sur le protéome des cellules. D’autres résultats obtenus interrogent sur la façon dont les mycotoxines déclenchent réellement la réponse cellulaire. De plus, les interactions entre cellules cocultivées semblent capables de modifier la réponse cellulaire suite à l’exposition à ces toxines. Ces résultats soulignent l’importance de développer des modèles in vitro de plus en plus sophistiqués et s’approchant des conditions in vivo pour permettre une meilleure caractérisation du risque « mycotoxine ». / Cereals and cereal-based products are susceptible to be contaminated by mycotoxin-producing fungi.Thus, through their diet, humans are exposed throughout their life to these natural food contaminants, mostly at low doses and in mixture. However, the health impact of the simultaneous exposure to these toxins, in acute and chronic conditions, as well as the mechanism related to their toxicity, are still poorly characterized. The use of relevant and suitable human cell models is therefore of particular importance for such studies. The intestinal epithelium and immune system, which constitute the first host defense barrier following the food contaminant uptake, as well as the liver, due to its major function in xenobiotic biotransformation, are relevant for toxicity studies. In the framework of study, the intestinal (Caco-2), immune (THP-1) and hepatic (HepaRG) human cell models were used for risk assessment associated with co-exposure to Fusarium mycotoxins (called fusariotoxins) which are the most problematic in our regions. Different type of interactions, such as antagonism and synergism, were observed on cell viability depending on the nature of the mixture, tested concentration, studied cell line and used mathematical model to predict the combined effects. Interactions were also highlighted at the molecular level, the effects of mixtures being very different from those induced by the toxins alone on the cell proteome. Other results raised the question about how mycotoxins actually trigger the cellular response. In addition, cell-cell interactions in co-cultured systems appeared to modify the cellular response following exposures to these toxins. Overall, the obtained results highlighted the relevance of developing in vitro models increasingly sophisticated and closer to in vivo conditions to allow for a better characterization of the "mycotoxin" risk.