La septoriose (pathogène Zymoseptoria tritici) est la plus importante maladie foliaire des cultures de blé en Europe. Les méthodes de lutte comprennent la résistance variétale, les stratégies d’évitement de la maladie et le recours aux fongicides. Cependant, ces stratégies n’assurent pas une protection complète des cultures de blé. La tolérance à la septoriose est une approche complémentaire qui vise justement à maintenir le rendement en présence de symptômes. La tolérance à la septoriose dépend de traits physiologiques de la plante et d’équilibres source/puits : la demande des puits (croissance des grains) doit être satisfaite malgré une disponibilité réduite des sources (capacité photosynthétique réduite par les symptômes foliaires). La surface verte du couvert, la sénescence et les composantes du rendement sont des traits potentiels de tolérance intéressants qui ont été étudiés lors de ce projet. Une étude de datamining, une expérience en serre et deux expériences au champ ont été menées pour fournir des informations complémentaires sur les mécanismes de tolérance à la septoriose. Les effets des interactions génotype × environnement sur les traits de tolérance ont été étudiés pour deux saisons × cinq localisations × neuf cultivars. La nutrition azotée et le métabolisme de quatre lignées double-haploïdes (DH, contrastées du point de vue de leur tolérance à la septoriose) ont été examinés dans une expérience en conditions contrôlées à l'UMR ECOSYS (INRA, AgroParisTech Grignon, France). Les bilans source/puits de six lignées DH contrastant pour la tolérance ont également été examinés en fonction de leurs réponses à un traitement d'égrainage, appliqué dans une expérience au champ à Hereford (Royaume-Uni). Enfin, une expérience au champ avec deux stratégies fongicides (contrôle total des maladies / lutte contre les maladies non-ciblées) a permis d’étudier la tolérance à la septoriose de six cultivars modernes (Leicestershire, Royaume-Uni). L'objectif principal était de vérifier les traits potentiels de tolérance à la septoriose sur des cultivars actuellement commercialisés. Des traits potentiels de tolérance à la septoriose ont été identifiés tels que la date d’épiaison, le faible degré de limitation des puits par les sources lors de la phase de remplissage du grain des couverts sains, la distribution verticale des surfaces foliaires favorisant des feuilles supérieures relativement grandes. Les résultats ont montré que ces caractères pourraient être sélectionnables, sans compromis avec le rendement potentiel. Enfin, le projet a également discuté du besoin de méthodes alternatives de quantification de la tolérance du blé à la septoriose, ainsi que de l'importance des variations environnementales qui doivent être prises en compte pour étudier les variations génétiques de la tolérance, mais qui pourraient également être utilisées pour identifier des environnements tolérants. / The Septoria tritici blotch disease (STB, pathogen Zymoseptoria tritici) is the most damaging foliar infection of wheat crops in Europe. Disease management strategies include cultivar resistance, disease escape strategy and fungicides. However, these strategies have failed to provide a complete protection of wheat crops. The STB tolerance is a complementary approach which aims to maintain yield in the presence of the symptoms. The tolerance of STB relies on plant physiology and source/sink balance: the sink demand (the grain growth) must be satisfied in spite of reduced source availability (photosynthetic capacity as affected by the STB symptoms on the leaves). The green canopy area, the senescence timing and the grain yield components are interesting potential sources of tolerance that were studied in this project. A data-mining study, one glasshouse experiment and two field experiments were carried out providing complementary insights on STB tolerance mechanisms. The genotype × environment interaction effects on tolerance traits were investigated for two seasons × five locations × nine cultivars datasets. The nitrogen nutrition and metabolism of four doubled-haploid (DH) lines contrasting for STB tolerance were examined in a controlled-glasshouse experiment at UMR ECOSYS (INRA,AgroParisTech) Grignon, France. The source/sink balance of six DH lines contrasting for STB tolerance was also examined according to their responses to a spikelet removal treatment, applied in a field experiment in Hereford, UK. Finally, a field experiment with two fungicide regimes (full disease control and non-target (STB) disease control) probed the STB tolerance of six modern UK winter wheat cultivars in Leicestershire, UK. The main objective was to verify identified potential STB tolerance traits in commercial cultivars. Putative STB tolerance traits have been identified such as the early heading date, the low degree of grain-source limitation of healthy crops during the grain filling phase, the vertical canopy distribution favouring a relatively larger flag-leaf. Results showed these traits might be selectable in wheat breeding without a trade-off with the potential yield. Finally, the project also discussed the need for alternative STB tolerance quantification methods, as well as the importance of environmental variations which have to be taken into account to study genetic variation in tolerance, but which could also be used to discriminate tolerant environment.

La température est un des principaux facteurs climatiques pilotant le développement des champignons pathogènes foliaires pendant les différentes étapes de leur cycle parasitaire. Puisque ces microorganismes se développent à la surface, puis à l’intérieur des feuilles, c’est la température de feuille (« body temperature » en écologie) qui pilote leur développement. En épidémiologie végétale, c’est toutefois la température d’air qui est utilisée pour caractériser l’effet de la température sur le développement des agents pathogènes foliaires. Or, la température de feuille peut différer significativement de la température d’air en fonction des conditions climatiques. La prise en compte de la température d’air pour étudier la dynamique des maladies foliaires ne peut donc s’affranchir de deux biais : la température mesurée n’est pas celle qui est réellement perçue par l’agent pathogène et l’hétérogénéité spatiale des températures au sein du peuplement n’est pas prise en compte. De plus, la relation entre la température et le développement des agents pathogènes est non linéaire, ce qui limite la gamme de validité autorisant l’utilisation des sommes de températures, pourtant largement employées en protestion des cultures. L’objectif général de cette thèse est de reconsidérer la prise en compte de la température pour l’étude du développement des champignons pathogènes foliaires.Le pathosystème blé-Mycosphaerella graminicola a été choisi en tant qu’objet d’étude. La stratégie adoptée pour atteindre les objectifs de la thèse combine deux approches complémentaires, l’expérimentation et la modélisation. Pour la première fois, la loi de réponse d’un agent pathogène foliaire à la température de feuille a été établie. Un dispositif expérimental innovant a permis d’établir la loi de réponse pour trois isolats sur une large gamme de températures foliaires, via la mesure en continu de la température de 191 feuilles (F et F) inoculées et l’utilisation d’un système de forçage thermique par lampe infrarouge. La loi de réponse de la période de latence de la septoriose à la température de feuille s’apparente au concept de courbe de performance thermique développé en écologie. Celle-ci étant non linéaire sur l’ensemble de la gamme de température étudiée, l’impact de l’amplitude de fluctuations de température de feuille a été caractérisé. Une amplitude élévée a conduit à plusieurs effets négatifs pour le développement de M. graminicola : l’augmentation de la durée du cycle de l’agent pathogène, la diminution de la surface sporulante des lésions et de la densité de pycnides. Les différences de cinétique de développement en fonction de l’amplitude des fluctuations ne sont que partiellement expliquées par l’effet Kaufmann (purement mathématiques), suggérant que M. graminicola atténue les conséquences négatives d’amplitudes de fluctuation plus élevées. Enfin, les simulations du développement de la septoriose réalisées à partir de données de températures foliaires diffèrent signicativement de celles réalisées à partir de températures d’air mesurées de façon standard par une station météorologique. Ces simulations ont également souligné le caractère déterminant du pas de temps considéré.Par le transfert de concepts d’écologie vers l’épidémiologie, cette thèse ouvre des pistes pour améliorer la prise en compte de la température dans les modèles épidémiologiques. Elle contribue au développement d’une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels l’environnement affecte les microorganismes, point clé pour le développement de modèles mécanistes de réponses possibles au changement climatique / Temperature is a major force for the development of foliar fungal pathogens. Such organisms develop onto and into leaves during their growth cycle. Thus, leaf temperature is the temperature they actually perceive (“body temperature”). However, air temperature has always been used by plant pathologists to study the effect of temperature on the development of foliar fungal pathogens. Leaf temperature may significantly differ from the air temperature according to weather conditions. Therefore, considering the air temperature to study foliar pathogens can potentially cause two biases: the measured temperature is not the temperature such pathogens actually perceive and the spatial heterogeneity of leaf temperatures within the plant canopy is ignored. In addition, the relationship between temperature and the development of foliar pathogens is nonlinear. This challenges the immoderate use of degree-day sums in plant disease epidemiology. The main objective of this thesis is to reconsider the use of temperature for the study of the development of foliar fungal pathogens.The wheat-Mycosphaerella graminicola pathosystem was chosen as the model of study. The strategy to achieve the objectives of the thesis combines two complementary approaches: experimentation and modelling. For the first time, the impact of leaf temperature on the development of a leaf pathogen was characterized. An original experimental device allowed determining the response law for three isolates over a wide range of leaf temperature, using thermal infrared lamps and measuring continuously the temperature of 191 inoculated leaves (F1 and F2). The response law of M. graminicola latent period to leaf temperature is similar to the concept of thermal performance curve (TPC) developed in ecology. As this TPC is non-linear over the entire leaf temperature range investigated, the impact of the amplitude of leaf temperature fluctuations has been characterized. A high amplitude led to several negative effects on M. graminicola development: an increase in the duration of the pathogen cycle, a decrease in the final sporulating area in the pycnidium density. Differences in kinetics of development depending on the amplitude of the fluctuations were only partially explained by the Kaufmann effect (purely mathematical), suggesting that M. graminicola mitigates the negative consequences of higher amplitudes of temperatures fluctuation. Finally, simulations of the development of M. graminicola performed using leaf temperature data differed significantly from those performed using air temperatures measured in a standard way, by a weather station. Simulations also underlined the importance of the time step considered. By transferring concepts from ecology to epidemiology, this thesis provided guidelines to better take into account temperature in epidemiological models. It helped to develop a better understanding of the mechanisms by which the environment affects micoorganisms, the cornerstone for the development of mechanistic models of possible responses to climate change.

Με στόχο την απομόνωση και χαρακτηρισμό εγγενών μυκοπαράσιτων του φυτοπαθογόνου μύκητα Sclerotinia sclerotiorum, απομονώθηκαν 199 υποψήφια μυκοπαράσιτα από χώματα καλλιεργουμένων εδαφών ή κήπων της δυτικής Ελλάδας. Από την προκαταρκτική αξιολόγηση των μυκοπαράσιτων αυτών επιλέχθηκαν τα πλέον αποτελεσματικά δεκαοκτώ, τα οποία αξιολογήθηκαν σε άγαρ ύδατος, σε αποστειρωμένο χώμα και σε μη-αποστειρωμένο (φυσικό χώμα). Σε γενικές γραμμές τα 18 μυκοπαράσιτα έδωσαν υψηλά επίπεδα παρασιτισμού του φυτοπαθογόνου απουσία ενδογενών ανταγωνιστών ενώ ένα από τα απομονωθέντα στελέχη του γένους Gliocladium παρουσίασε άριστα αποτελέσματα και παρουσία ενδογενών ανταγωνιστών. Ειδικότερα η απομόνωση Α-9 εκδήλωσε άριστη ανταγωνιστική δράση. Η μορφή του μολύσματος (υφές, σπόρια) αλλά και το περιβάλλον (άγαρ ύδατος, αποστειρωμένο και μη αποστειρωμένο χώμα) επηρεάζουν αποφασιστικά την συμπεριφορά και ικανότητα μυκοπαρασιτισμού των μυκοπαράσιτων με αποτέλεσμα στα πειράματα αξιολόγησης να παρατηρούνται σημαντικές διαφορές. Τα πλέον σταθερά στην συμπεριφορά τους ήταν τρία στελέχη που ανήκουν στο γένος Gliocladium. Ο ανταγωνισμός που υφίστανται τα προστιθέμενα μυκοπαράσιτα από τα ιθαγενή μικρόβια είναι σημαντικός και είναι ένας παράγοντας που θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη. Η ιστοπαθολογική μελέτη του παρασιτισμού των σκληρωτίων έδειξε ότι ένα από τα απομονωθέντα στελέχη του γένους Gliocladium ήταν το ταχύτερο και καταστρεπτικότερο μυκοπαράσιτο των σκληρωτίων του φυτοπαθογόνου μύκητα. Αρχικά διαπιστώθηκαν οι υφές του μυκοπαράσιτου κάτω από τον φλοιό του σκληρωτίου και λίγο αργότερα στην εντεριώνη. Παράλληλα σχηματίσθηκαν τα πρώτα χλαμυδοσπόρια κοντά στον φλοιό ακολουθούμενα από την εμφάνιση μεγάλα διάκενων. Τελικά οι υφές του μυκοπαράσιτου αποίκισαν ολόκληρο το σκληρώτιο και ακολούθησε αποδιοργάνωση του σκληρωτίου. Η μελέτη στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης έδειξε ότι η βλάστηση των σπορίων γενικεύεται στις 15 ώρες επώασης. Στις περισσότερες περιπτώσεις διαπιστώθηκε περιπλάνηση των βλαστικών σωλήνων πριν τη διείσδυσή τους εντός του σκληρωτίου, ενώ δεν διαπιστώθηκε σχηματισμός απρεσσορίων και διακλαδώσεων του βλαστικού σωλήνα. Τα πειράματα θερμοκηπίου έδειξαν ότι το πλέον καταστρεπτικό μυκοπαράσιτο του γένους Gliocladium συνέβαλε στη μέγιστη προστασία των σποριόφυτων λάχανου έναντι του φυτοπαθογόνου μύκητα S. sclerotiorum, γεγονός που υποδηλώνει ότι το μυκοπαράσιτο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματική καταπολέμηση του φυτοπαθογόνου μύκητα στον αγρό. / In order to isolate and characterize endogenous mycoparasites against the phytopathogenic fungi, Sclerotinia sclerotiorum, we isolated 199 candidate mycoparasites from soils of western Greece. Preliminary evaluation resulted in the isolation of 18 isolates with significant mycoparasitic efficiency. Evaluation of these isolates in water agar, sterilized soil and natural soil gave good results upon the parasitism of sclerotia of S. sclerotiorum and revealed that one of them belonging to genus Gliocladium was the most efficient under all tried conditions. This isolate showed high efficiency at both presence and absence of endogenous antagonist. Particularly, isolation A-9 revealed excellent antagonistic action. Histopathology studies demonstrated that the isolated A-9 (Gliocladium spp) was the most fast in parasitizing and destroying the sclerotia of S. sclerotiorum. At the beginning of the infection, there were observed mycoparasite hyphae under the rind and little later into the medulla of the sclerotia. At the same time the first chlamydospores were formed near the rind followed by the appearance of gaps. Finally, the mycoparasite hyphae colonize the whole sclerotium leading to there disorganization. The added mycoparasites face out strong antagonism from the indigenous microorganism and this (antagonism) is an agent that must be seriously taken account. The scanning electron microscopy study showed spore germination initiation about 12 hours after the beginning of incubation and (the spore germination) is generalised after 15 hours of incubation. In most cases it was observed wandering of the germination tubes before sclerotic penetration. Formation of appressoria was difficult to be observed because of the shape of the surface and the crust that exists due to deflation of exudates. Evaluation of plant-protection capability in pot-trials showed that the isolated A-9 (Gliocladium spp) with the faster and highest parasitic exhibited presented the highest plant-protection capability a fact that indicates that this mycoparasite could be used for large-scale biocontrol applications against the phytopathogenic fungi, Sclerotinia sclerotiorum.