L’ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine issue du métabolisme secondaire des champignons filamenteux appartenant aux genres Penicillium et Aspergillus. Cependant, Aspergillus carbonarius est le majeur producteur de l’OTA sur les raisins. L’OTA a été retrouvée dans différents types de denrées alimentaires ainsi que lesurs produits dérivés. Le profil toxicologique de l’OTA due aux effets néfastes qu’elle présente sur la santé humaine et animale (effets hépatotoxiques, immunotoxiques, génotoxiques, tératogènes et cancérogènes) a conféré à cette mycotoxine une attention majeure auprès des instances internationales afin de limiter son occurrence. Ce projet est dédié pour trouver un moyen de lutte biologique, pouvant réduire l’OTA produite par A. carbonarius d’une part, et détoxifier les matrices alimentaires non conformes aux normes d’une autre part. La première stratégie était d’employer des huiles essentielles (cardamome, céleri, cannelle, taramira, origan, feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin, romarin et thym) ainsi que des composés phénoliques extraits de plantes médicinales (feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin et thym) afin d’évaluer leur effet sur la production de l’OTA dans le milieu SGM. Cette approche a été complétée par une étude moléculaire dans le but d’évaluer l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA (acpks, acOTApks et acOTAnrps) ainsi que les gènes de régulation (veA et laeA) chez A. carbonarius. Les résultats ont décelé que les huiles essentielles ont une activité fongicide plus élevée que celle des extraits phénoliques. Effectivement, les huiles essentielles du thym, de l’origan, du taramira, et de la cannelle ont bloqué complètement la croissance d’A. carbonarius. Cependant, les huiles essentielles du fenouil, de la cardamome, de l’anise, de la camomille, du céleri et du romarin ont réduit l’OTA sans autant affecter la croissance fongique. Le mode d’action de ces dernières a été mis en évidence en suivant l’expression des gènes acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA, impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Le gène acpks a été réprimée le plus (99.2%) quand A. carbonarius a été mis en culture avec 5 µL/mL du fenouil, entrainant ainsi une réduction de 88.9% de l’OTA. La deuxième stratégie était de développer un moyen de lutte biologique pouvant détoxifier les matrices alimentaires contaminées. Cette méthodologie a été développée suite à l’utilisation de sept souches d’actinobactéries (AT10, AT8, SN7, MS1, ML5, G10 et PT1), en évaluant leur capacité à métaboliser l’OTA, adhérer cette toxine à leur paroi membranaire ainsi que leur effet sur l’expression des gènes impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius (acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA). Les résultats ont montré que toutes les souches possèdent la capacité d’adhérer l’OTA à leur surface, notamment la souche SN7 qui a réduit 33% de l’OTA après 60 minutes d’incubation dans une solution PBS (Phosphate Buffer Solution) non nutritive. Les souches AT10 et SN7 ont métabolisé 51.94 et 52.68% de l’OTA ajoutée au milieu ISP2 (International Streptomyces Project-2) après 5 jours de culture à 28 °C. Cependant, les souches MS1, ML5 et G10 étaient les seules à avoir un effet sur l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Effectivement les gènes acpks, acOTApks et acOTAnrps ont été réprimé respectivement de 37.1, 23.9 et 21% par MS1, de 39, 23 et 11.1% par ML5 et de 39, 18.3 et 11.1% par la souche G10. Ce projet a mis en valeur la capacité des extraits naturels (composés phénoliques et huiles essentielles) et des actinobactéries à prévenir d’une part la production de l’OTA et d’autre part réduire ses taux, sans pourtant affecter l’équilibre naturel ni engendrer l’apparition des débris toxiques dans les aliments traités.

L’ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine issue du métabolisme secondaire des champignons filamenteux appartenant aux genres Penicillium et Aspergillus. Cependant, Aspergillus carbonarius est le majeur producteur de l’OTA sur les raisins. L’OTA a été retrouvée dans différents types de denrées alimentaires ainsi que lesurs produits dérivés. Le profil toxicologique de l’OTA due aux effets néfastes qu’elle présente sur la santé humaine et animale (effets hépatotoxiques, immunotoxiques, génotoxiques, tératogènes et cancérogènes) a conféré à cette mycotoxine une attention majeure auprès des instances internationales afin de limiter son occurrence. Ce projet est dédié pour trouver un moyen de lutte biologique, pouvant réduire l’OTA produite par A. carbonarius d’une part, et détoxifier les matrices alimentaires non conformes aux normes d’une autre part. La première stratégie était d’employer des huiles essentielles (cardamome, céleri, cannelle, taramira, origan, feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin, romarin et thym) ainsi que des composés phénoliques extraits de plantes médicinales (feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin et thym) afin d’évaluer leur effet sur la production de l’OTA dans le milieu SGM. Cette approche a été complétée par une étude moléculaire dans le but d’évaluer l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA (acpks, acOTApks et acOTAnrps) ainsi que les gènes de régulation (veA et laeA) chez A. carbonarius. Les résultats ont décelé que les huiles essentielles ont une activité fongicide plus élevée que celle des extraits phénoliques. Effectivement, les huiles essentielles du thym, de l’origan, du taramira, et de la cannelle ont bloqué complètement la croissance d’A. carbonarius. Cependant, les huiles essentielles du fenouil, de la cardamome, de l’anise, de la camomille, du céleri et du romarin ont réduit l’OTA sans autant affecter la croissance fongique. Le mode d’action de ces dernières a été mis en évidence en suivant l’expression des gènes acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA, impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Le gène acpks a été réprimée le plus (99.2%) quand A. carbonarius a été mis en culture avec 5 µL/mL du fenouil, entrainant ainsi une réduction de 88.9% de l’OTA. La deuxième stratégie était de développer un moyen de lutte biologique pouvant détoxifier les matrices alimentaires contaminées. Cette méthodologie a été développée suite à l’utilisation de sept souches d’actinobactéries (AT10, AT8, SN7, MS1, ML5, G10 et PT1), en évaluant leur capacité à métaboliser l’OTA, adhérer cette toxine à leur paroi membranaire ainsi que leur effet sur l’expression des gènes impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius (acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA). Les résultats ont montré que toutes les souches possèdent la capacité d’adhérer l’OTA à leur surface, notamment la souche SN7 qui a réduit 33% de l’OTA après 60 minutes d’incubation dans une solution PBS (Phosphate Buffer Solution) non nutritive. Les souches AT10 et SN7 ont métabolisé 51.94 et 52.68% de l’OTA ajoutée au milieu ISP2 (International Streptomyces Project-2) après 5 jours de culture à 28 °C. Cependant, les souches MS1, ML5 et G10 étaient les seules à avoir un effet sur l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Effectivement les gènes acpks, acOTApks et acOTAnrps ont été réprimé respectivement de 37.1, 23.9 et 21% par MS1, de 39, 23 et 11.1% par ML5 et de 39, 18.3 et 11.1% par la souche G10. Ce projet a mis en valeur la capacité des extraits naturels (composés phénoliques et huiles essentielles) et des actinobactéries à prévenir d’une part la production de l’OTA et d’autre part réduire ses taux, sans pourtant affecter l’équilibre naturel ni engendrer l’apparition des débris toxiques dans les aliments traités. / Ochratoxin A (OTA) is a mycotoxin derived from the secondary metabolism of filamentous fungi belonging to the Penicillium and Aspergillus genera. However, Aspergillus carbonarius is the major producer of OTA on grapes. OTA has been detected in different types of foodstuffs as well as several products derived from these commodities. The toxicological profile of OTA and its adverse effects on human and animal health (hepatotoxic, immunotoxic, genotoxic, teratogenic and carcinogenic effects) has given this mycotoxin a major attention of international committees in order to limit its occurrence. The aim of this project was to develop biological techniques that can reduce OTA produced by A. carbonarius and detoxify non-compliant food matrices. The first strategy was achieved by using essential oils (cardamom, celery, cinnamon, taramira, oregano, bay leaf, cumin, fenugreek, melissa, mint, sage, anise, chamomile, fennel, rosemary and thyme) and phenolic compounds extracted from medicinal plants (bay leaf, cumin, fenugreek, melissa, mint, sage, anise, chamomile, fennel, rosemary, and thyme) to evaluate their effect on OTA production in SGM medium. This approach was complemented by a molecular study to evaluate the expression of the OTA biosynthesis genes (acpks, acOTApks and acOTAnrps) as well as the regulatory genes (veA and laeA) in A. carbonarius. The results revealed that essential oils had more significant fungicidal activity than phenolic extracts. Indeed, the essential oils of thyme, oregano, taramira, and cinnamon completely blocked the growth of A. carbonarius. However, essential oils of fennel, cardamom, anise, chamomile, celery and rosemary reduced OTA without affecting fungal growth. The mode of action of these essential oils has been demonstrated by evaluating the expression of acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA and laeA genes in A. carbonarius. The expression of acpks was repressed the most (up to 99.2%) when A. carbonarius was cultured with 5 L / mL of fennel essential oil, resulting in a 88.9% of reduction in the OTA produced by this fungus. The second strategy was developed in order to detoxify contaminated food matrices. This methodology was achieved by using seven strains of actinobacteria (AT10, AT8, SN7, MS1, ML5, G10 and PT1), and evaluating their ability to metabolize OTA, adhere this toxin to their membrane walls and their effect on the expression of the genes involved in the biosynthesis of OTA in A. carbonarius (acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA and laeA). The results showed that all strains were able to bind OTA to their surfaces, specially the SN7 strain which reduced 33% of OTA after incubation for 60 minutes in PBS (Phosphate Buffer Solution). The strains AT10 and SN7 metabolized 51.94 and 52.68% of the OTA added to the ISP2 medium (International Streptomyces Project-2) after 5 days of culture at 28° C. However, MS1, ML5 and G10 were the only strains to have an effect on the expression of the OTA biosynthesis genes in A. carbonarius. Indeed, acpks, acOTApks and acOTAnrps genes were repressed respectively by 37.1, 23.9 and 21% by MS1, 39, 23 and 11.1% by ML5 and 39, 18.3 and 11.1% by the strain G10. This project highlighted the power of natural extracts (phenolic compounds and essential oils) as well as strains of actinobacteria to prevent OTA production on one hand and to detoxify contaminated commodities on the other hand without altering the natural microbial balance.

La protection des vignes contre les maladies cryptogamiques telles que le mildiou est assurée majoritairement par des fongicides de synthèse dont certains posent des problèmes environnementaux et sanitaires. L’induction de résistance de la vigne par des éliciteurs des réactions de défenses pourrait permettre de réduire leur utilisation. Toutefois, l’efficacité de cette stratégie est avérée en conditions de serres, mais reste plus variable au vignoble. L’efficacité des éliciteurs est conditionnée par le niveau de réponse défensif de la plante, et plus globalement, par son état physiologique. Dans ce contexte et dans le cadre de ce travail intégré au projet FUI IRIS+, l’objectif était de vérifier si des biostimulants, via leurs effets sur la physiologie de la plante, étaient susceptibles d’augmenter son niveau de réponse aux éliciteurs. Ce projet impliquait en amont le criblage d’éliciteurs et de biostimulants efficaces sur vigne. L’activation des défenses par des éliciteurs a un coût métabolique et énergétique que la plante doit assumer. Dans un premier temps, nous avons utilisé le modèle « suspensions cellulaires » afin de comparer l’impact de deux éliciteurs oligosaccharidiques sur le métabolisme primaire de la vigne. Des analyses enzymatiques et métaboliques ont permis de montrer que l’oligogalacturonide, qui a eu la plus forte capacité à activer le métabolisme secondaire associé à la défense, comparé à la laminarine, est également celui qui a eu l’impact le plus marqué sur le métabolisme primaire ; notamment sur certains glucides et acides aminés. Ainsi, l’élicitation mobilise des ressources, impacte le métabolisme primaire de la vigne et son efficacité pourrait être conditionnée par l’état physiologique global de la plante. Dans un second temps, un criblage a été réalisé afin d’identifier de nouveaux éliciteurs potentiels parmi sept fournis par le partenaire industriel. Des tests de protection contre Plasmopara viticola (agent du mildiou) réalisés sur boutures herbacées en conditions de serres, ont permis de retenir un extrait de plante codé SDN3. Les autres ont été écartés car déjà utilisés en laboratoire (l’un d’entre eux), insuffisants en terme d’efficacité, instables ou phytotoxiques. Des études in vitro et in planta ont révélé que l’activité biologique de SDN3 est liée à deux modes d’action : par activation des défenses et par effet direct contre l’agent pathogène. Dans un troisième temps, un criblage de cinq biostimulants potentiellement efficaces sur vigne était à réaliser mais aucune méthodologie de test n’était disponible au laboratoire. Ainsi, quatre dispositifs de complexités différentes ont dû être mis au point, permettant le suivi phénotypique des parties aériennes et/ou racinaires (et dans certains cas physiologique) : systèmes « godets », « rhizotron plan », « tubes » et un autre système appelé « X » (non décrit car lié à une protection industrielle). Seuls deux modèles ont montré un intérêt. En effet, le modèle « tube » a permis de montrer une augmentation du poids frais moyen par racine primaire en réponse à un apport par la voie racinaire de l’un des produits testés, codé BS3. Le modèle « X » a également mis en évidence une accélération de l’ouverture du bourgeon, et une augmentation du nombre de racines primaires en réponse à BS3 appliqué par voie racinaire. La mise au point d’applications d’éliciteurs et d’infection par P. viticola est en cours de finalisation afin de vérifier l’hypothèse de départ à l’aide de la combinaison de BS3 avec SDN3. / The protection of vineyards against cryptogamic diseases such as downy mildew is mainly ensured by synthetic fungicides, which cause serious environmental and health problems. The induction of resistance by elicitors could allow to reduce their use. However, even if their efficacy is demonstrated in greenhouse conditions, it remains quite variable in field conditions. Indeed, the efficacy of an elicitor depends on the plant’s ability to respond, or more generally, on the latter’s physiological status. In this context, part of the FUI project IRIS+, the aim of this present work is to evaluate whether biostimulants, through their effect on the plant’s physiology, would be able to increase their responsiveness to elicitors. The activation of defenses implies a metabolic and energetic cost that the plant must get in charge. First of all, we used a cell suspension model in order to compare two oligosaccharidic elicitors on the primary metabolism of grapevine. Enzymatic and metabolic analyses showed that the oligogalacturonide, which had a stronger impact on secondary metabolism related to defense, compared to laminarin, also showed a more notable impact on primary metabolism, particularly on some sugars and amino acids. The elicitation of grapevine defenses effectively turned out to require resources. Secondly, a screening was carried out to select the most effective elicitor among seven products that were provided by the company. Protection assays against Plasmopara viticola on herbaceous cuttings allowed us to identity SDN3 as the most interesting candidate. In vitro and in planta studies revealed that the mode of action of SDN3 relied on both the activation of defenses and a direct effect against the pathogen. Lastly, as no protocol, nor methodology were available in our laboratory to screen biostimulants, four systems were developed, in order to monitor phenotypic traits of aerial and/or root system: the “pot” model, the “rhizotron” model, the “tubes”, and another termed “X” (no description allowed because of an industrial protection). Only the “X” model showed potential interests, since it allowed to display biostimulating effects such as the acceleration of the bud opening, and the increase of the mean number of primary roots, in response to BS3, applied to the roots. The development of the protocol to apply the elicitor and to infect with P. viticola spores are currently in progress, in order to assess the initial hypothesis by using the combination of BS3 and SDN3.

Cette thèse CIFRE porte sur la biologie, le comportement et le biocontrôle du frelonasiatique Vespa velutina, un prédateur invasif d’abeilles. Depuis son introduction en France, ce frelonétend maintenant son aire de répartition en Europe, impactant à la fois l’environnement etl’apiculture. L’objectif de ces travaux sera d’enrichir le savoir sur cette espèce pour perturber ledéveloppement des colonies de V. velutina à différents niveaux afin d’en limiter la prolifération. Lepremier axe porte sur la biologie des reproducteurs de V. velutina, afin d’empêcher la fondation decolonies en amont. Ce travail précise les données concernant la maturation sexuelle des mâles de V.velutina, compare certains traits liés à la fertilité des fondatrices avec celles du frelon européen, etmet en évidence une plus grande précocité et fertilité de V. velutina. Le deuxième axe porte sur labiologie des colonies, de la collecte à la distribution des ressources dans le nid. A l’aide de pucesélectroniques marquant des ouvrières (technique RFID), nous avons mesuré le rayon d’action et seslimites chez les ouvrières V. velutina. En marquant de la nourriture avec des métaux lourds, nousavons pu suivre l’évolution de sa distribution dans les colonies suivant leur structure. Le troisièmeaxe porte sur le biocontrôle de V. velutina avec des champignons entomopathogènes. Nous avonsévalué l’efficacité de différents isolats et de leur mode d’application contre V. velutina, puis décrit unchampignon naturellement parasitant V. velutina. Ces travaux ont permis de faire avancer lesconnaissances sur la biologie et la physiologie des frelons, mais également de proposer des pistes decontrôle durable de l’invasion européenne de V. velutina. / This CIFRE thesis deals with the biology, the behavior and the biological control of aninvasive predator of bees, the hornet Vespa velutina. Since its introduction in France, this hornet isnow invading most countries in occidental Europe, dealing damages both to the environment and thebeekeeping activity. In order to limit its proliferation, a good strategy could consist in disrupting itscolony development at different levels, explored in this work. The first axis deals with V. velutinareproductive biology, exploring the different paths to prevent colonies creation. First we describedthe sexual maturation of males in V. velutina, and second we compared different traits linked tofertility between foundresses of V. velutina and the European hornet, thus highlighting V. velutinahigher precocity and fertility potential. The second axis explored the biology of colonies, fromresource collection to resource distribution in the nest. Using RFID technic, we assessed the actionrange and its boundaries in V. velutina workers. We also labelled food and observed its distribution inV. velutina colonies in function of the colony size and structure. The third axis deals with V. velutinabiocontrol, using entomopathogenic fungi. We evaluated the efficiency of different isolates anddifferent application methods on V. velutina, and described a wild fungus found naturally parasitizingV. velutina. This work brought knowledge on biology behavior and physiology of this invasive hornet,and also proposed options that could be assayed for a durable control of V. velutina.

Les bactéries Pectobacterium sont classées parmi les agents pathogènes les plus importants économiquement pour la culture de la pomme de terre. Au cours des dernières années, une augmentation des maladies dues à ces bactéries a pu être observée. Le but de ce travail de thèse était d’analyser certains aspects de la diversité liés aux Pectobacterium sp à savoir : (i) la diversité génétique liée aux régulateurs du pouvoir pathogène de la bactérie (ii) la diversité de virulence et d’agressivité des souches de Pectobacterium vis-à-vis de leurs hôtes et (iii). Le rôle et la diversité des effets induits par le lipopolysaccharides (LPS), composants de la surface bactérienne de bactéries phytopathogène ou non phytopathogène. Ce travail de thèse souligne également le rôle potentiel que pourrait jouer ces molécules LPS dans le biocontrôledes Pectobacterium sp. Différentes expérimentations cellulaires et moléculaires allant de l’identification de la bactérie à la compréhension des voies de signalisation ont été utilisées. Les résultats obtenus nous ont permis de montré, en premier lieu que, le séquençage du gène pmrA, gène connu pour être impliqué dans la régulation du pouvoir pathogène desPectobacterium, est un outil moléculaire complémentaire d’identification de sous espèces de Pcc et pourrait être aussi un moyen efficace d’évaluation de la diversité génétique intraspécifique. Dans un second temps, nous avons montré que les cultures cellulaires d’Arabidopsis thaliana pourraient être un modèle végétal d’évaluation de l’agressivité des Pectobacterium. Ceci a été obtenu par quantification des cinétiques de trois paramètres associés à la pathogénie de ces bactéries à savoir : l’activité des pectate-lyases, déterminant majeur du pouvoir pathogène des Pcc, la fuite des électrolytes, considérée comme un marqueur précoce de la mort cellulaire, et la mort cellulaire des cultures elle-même. Enfin nous avons également montré que les effets induits par les LPS chez les cellules d’Arabidopsis thaliana sont dépendant du type bactérien. En effet Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence trois types de réponses différentes aux LPS en fonction de leur origine: les réponses identiques (régulation des flux d’ions), des réponses communes mais présentant des intensités et de cinétiques différentes (production de ROS, induction de gènes de défense) et des réponses spécifiques (induction d’une PCD, alcalinisation du milieu). Ces résultats indiquent que différentes voies de signalisation pourraient être activées chez Arabidopsis thaliana. Ils nous ont permis également de mieux comprendre l’implication des LPS dans le biocontrôle contre les Pectobacterium sp. / Pectobacterium are classified among the most economically important pathogens of culture of potato. Recently, an increase in diseases caused by these bacteria was observed. The work presented in this thesis has allowed highlighting some aspects on diversity associated with Pectobacterium sp namely: (i) genetic diversity related with the pathogenicity of thebacterium (ii) the diversity in virulence and aggressiveness of Pectobacterium strains on its hosts and (iii) the role and the diversity of effects induced by lipopolysaccharide (LPS), bacterial surface components of phytopathogenic and non- phytopathogenic bacteria. First, we have demonstrated that sequencing the pmrA gene, known to be involved in the regulation of pathogenicity of Pectobacterium, is an additional molecular tool for identification of Pectobacterium subspecies. Moreover, pmrA gene could be an effective tool for evaluation of genetic diversity within species. In a second time, we have showed that cell cultures of Arabidopsis thaliana, could be used as an alternative system to evaluate rapidly and efficiently the virulence of different Pectobacterium strains. This was achieved by quantification of different parameters associated to the pathogenesis of these bacteria namely, the activity of pectate lyases, major determinant of the pathogenicity of Pcc, the electrolyte leakage, considered an early marker of cell death and the cell death itself. Finally, our data further suggest the effects induced by LPS from different origin on Arabidopsis thaliana cells, could be different. Indeed, three different types of responses to LPS have been shown: the identical responses (regulation of ion flux), the common responses but having different intensities and kinetics (ROS production, induction defense genes) and specific responses (induction of PCD, alkalinization of the medium). These results indicate that different signaling pathways could be involved in Arabidopsis thaliana in response to LPS and allowed us to highlight the potential role of LPS in the biocontrol of Pectobacterium sp.

L'utilisation des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) pourrait constituer une alternative potentielle aux traitements fongicides conventionnels pour lutter contre les maladies cryptogamiques des plantes. Notre travail a consisté à étudier l'éventuel effet protecteur de la mycorhization arbusculaire chez le blé tendre (triticum aestivum L.) contre Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), un champignon biotrophe responsable de l'oïdium, une maladie affectant les parties aériennes de la plante. L'inoculation mycorhizienne du blé avec le CMA Funneliformis mosseae (FM), en conditions controlées et optimisées, nous a permis d'obtenir parallèlement à un taux de mycorhization de 38% des plants de blé, une amélioration significative de la biomasse et un taux de protection contre Bgt estimé à 78%. Ces résultats suggèrent l'induction d'une résistance systémique des réactions de défense du blé par mycorhization (Mycorrhiza-Induced Resistance, MIR). Cette protection serait liée à une accumulation de composés phénoliques et de preoxyde d'hydrogène dans les cellules épidermiques des feuilles de blé mycorhizé, au niveau du site de pénétration de Bgt. Une surexpression des gènes POX, PAL, CH11 et NPR1 codant pour des marqueurs de défense a également été mise en évidence dans les feuilles en absence d'infection par Bgt. Enfin, nos travaux ont également souligné l'intégration de divers paramètres pour optimiser l'utilisation des CMA comme agents de biocontrôle chez le blé. La meilleure protection contre l'oïdium a été obtenue aec un apport en phosphore réduit de 5 fois par rapport à celui préconisé au champ et un inoculum mycorhizien à base de Fm, que ce soit chez un cultivar modérément sensible ou un cultivar plus résistant. / The use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could be an innovative alternative to chemicals against fungal plant diseases. Our work aimed at studying the possible protective effect of arbuscular mycorrhization in the bread wheat (Triticum aestivum L.) against Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), a biotrophic fungi responsible of wheat powdery mildew, a disease affecting the aerial plant organs. Wheat mycorrhizal inoculation by Funneliformis mosseae (Fm), under controlled and optimized conditions, allowed us to obtain concomitantly a micorrhizal rate of 38%, a significant increase of plant biomass and a protection level against Bgt estimated at 78%. These results suggest the induction of systemic wheat defense reactions resulting from mycorrhization (Mycorrhiza-Induced Resistance - MIR). This protection is linked to an accumulation of phenolic compounds and hydrogen peroxide at the Bgt penetration sites in epidermal leaf cells of mycorrhized wheat plants. Up-regulations of POX, PAL, NPR1 and CH11 genes encoding for defense markers were also pointed out in leaves of mycorrhizal wheat in the absence of Bgt infection. Moreover, our study highlighted the importance of taking into account various parameters to optimize the use of AMF as biocontrol agents. The highest protection against powdery mildew was obtained with a 5-fold reduced phosphorus input compared to that recommended in the field and with the mycorrhizal inoculum Fm, in both a moderately susceptible or a more resistant cultuva

Les bactéries Pectobacterium sont classées parmi les agents pathogènes les plus importants économiquement pour la culture de la pomme de terre. Au cours des dernières années, une augmentation des maladies dues à ces bactéries a pu être observée. Le but de ce travail de thèse était d'analyser certains aspects de la diversité liés aux Pectobacterium sp à savoir : (i) la diversité génétique liée aux régulateurs du pouvoir pathogène de la bactérie (ii) la diversité de virulence et d'agressivité des souches de Pectobacterium vis-à-vis de leurs hôtes et (iii). Le rôle et la diversité des effets induits par le lipopolysaccharides (LPS), composants de la surface bactérienne de bactéries phytopathogène ou non phytopathogène. Ce travail de thèse souligne également le rôle potentiel que pourrait jouer ces molécules LPS dans le biocontrôledes Pectobacterium sp. Différentes expérimentations cellulaires et moléculaires allant de l'identification de la bactérie à la compréhension des voies de signalisation ont été utilisées. Les résultats obtenus nous ont permis de montré, en premier lieu que, le séquençage du gène pmrA, gène connu pour être impliqué dans la régulation du pouvoir pathogène desPectobacterium, est un outil moléculaire complémentaire d'identification de sous espèces de Pcc et pourrait être aussi un moyen efficace d'évaluation de la diversité génétique intraspécifique. Dans un second temps, nous avons montré que les cultures cellulaires d'Arabidopsis thaliana pourraient être un modèle végétal d'évaluation de l'agressivité des Pectobacterium. Ceci a été obtenu par quantification des cinétiques de trois paramètres associés à la pathogénie de ces bactéries à savoir : l'activité des pectate-lyases, déterminant majeur du pouvoir pathogène des Pcc, la fuite des électrolytes, considérée comme un marqueur précoce de la mort cellulaire, et la mort cellulaire des cultures elle-même. Enfin nous avons également montré que les effets induits par les LPS chez les cellules d'Arabidopsis thaliana sont dépendant du type bactérien. En effet Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence trois types de réponses différentes aux LPS en fonction de leur origine: les réponses identiques (régulation des flux d'ions), des réponses communes mais présentant des intensités et de cinétiques différentes (production de ROS, induction de gènes de défense) et des réponses spécifiques (induction d'une PCD, alcalinisation du milieu). Ces résultats indiquent que différentes voies de signalisation pourraient être activées chez Arabidopsis thaliana. Ils nous ont permis également de mieux comprendre l'implication des LPS dans le biocontrôle contre les Pectobacterium sp.

Les plantes interagissent en permanence avec une grande diversité de microorganismes qu'elles sélectionnent entre autre au niveau de leurs racines. Certaines bactéries, qualifiées de PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), sont capables de stimuler la croissance et la santé de la plante, grâce à l'expression d'une large panoplie de propriétés phytobénéfiques. L'hypothèse actuelle serait que les PGPR possédant un nombre maximal de ces fonctions auraient un plus fort impact bénéfique sur le végétal. Toutefois, l'occurrence de ces PGPR multifonctions dans la rhizosphère n'est pas connue. De plus, les possibles interactions entre propriétés co-occurrentes au sein d'une même PGPR et la résultante de ces interactions sur la plante sont relativement peu documentées. Dans ce contexte, ce projet de thèse a eu comme objectif général de mieux comprendre la distribution des propriétés phytobénéfiques chez un groupe bactérien possédant un large éventail de ses propriétés, celui des Pseudomonas fluorescents et d'évaluer chez une PGPR modèle multifonction, Pseudomonas fluorescens F113, si des interactions fonctionnelles existent entre ces propriétés et déterminer leurs contributions respectives à l'effet phytostimulateur. L'étude d'environ 700 isolats de Pseudomonas provenant de la rhizosphère de deux cultivars de maïs et de sol nonrhizosphérique, a mis en évidence que ces cultivars sélectionnent majoritairement des Pseudomonas fluorescents (i) arborant un nombre réduit de propriétés phytobénéfiques (1 à 5 propriétés) et (ii) appartenant à des sous-groupes taxonomiques particuliers. Par ailleurs, l'étude de génomique comparative que nous avons menée au sein du groupe des Pseudomonas fluorescents souligne le lien entre phylogénie et les profils de propriétés phytobénéfiques possédées par les Pseudomonas. Enfin, chez P. fluorescens F113, les propriétés co-occurrentes ne contribuent pas de façon égale à l'effet observé sur la plante. L existence d'interactions entre ces propriétés co-occurrentes a également été mise en évidence. De ce réseau d'interactions, résultera un effet bénéfique observé sur la plante particulier. Ces résultats sont importants pour mieux comprendre la place et le rôle de ces PGPR multifonctions dans la rhizosphère. Ils permettent d'approfondir nos connaissances à propos du fonctionnement écologique des Pseudomonas fluorescents au sein du rhizomicrobiote / Plants are constantly interacting with a huge diversity of microorganisms, especially in the rhizosphere, where plant roots (through rhizodeposition) will select particular bacterial populations. Some bacteria, called PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), are able, in turn, to improve plant growth and health, through the expression of a wide range of plantbeneficial properties. The current hypothesis is that PGPR harboring a maximum number of these plant-beneficial properties would provide a better effect on plant. However, the occurrence of these multi-trait PGPR in the rhizosphere is unknown. In addition, the interaction between co-occurring plant-beneficial properties within the same PGPR and their resulting effects on plant are poorly documented. In this context, the aims of this thesis were to (i) determine the distribution of plant-beneficial properties in the fluorescent Pseudomonas bacterial group, known to harbor a wide range of these properties, and (ii) to evaluate in the PGPR model strain Pseudomonas fluorescens F113, if a crosstalk between plant-beneficial properties occurs and to determine the relative contribution of each co-occurring plantbeneficial properties. The study of 700 Pseudomonas isolates from the rhizosphere of two maize cultivars and from non-rhizosphere soils shows that cultivars mostly select fluorescent Pseudomonas (i) displaying few plant-beneficial properties (up to 5 properties) and (ii) belonging to particular taxonomic subgroups. Furthermore, the comparative genomic study we conducted within the fluorescent Pseudomonas group emphasizes the link between phylogeny and plant-beneficial profiles owned by Pseudomonas. Finally, in P. fluorescens F113, co-occurring plant-beneficial properties do not contribute equally to the observed effects on plant. The existence of crosstalks between these co-occurring plant-beneficial properties was also highlighted. This network of functional interactions may lead to specific effects on plant. These results are important for understanding the place and role of multi-trait PGPR in the rhizosphere. They help to deepen our understanding of the ecological functioning of fluorescent Pseudomonas among the rhizomicrobiote

Les interactions entre micro-organismes sous-tendent de nombreux services écosystémiques, y compris la régulation des maladies des plantes cultivées. Un acteur de cette régulation est le pathobiome, défini comme le sous-ensemble des micro-organismes associés à une plante hôte en interaction avec un agent pathogène. L'un des défis actuels consiste à reconstruire les pathobiomes à partir de données de metabarcoding, pour identifier des agents potentiels de biocontrôle et pour surveiller en temps réel leurs réponses aux changements environnementaux. Plusieurs verrous méthodologiques doivent cependant être levés pour atteindre ces objectifs. Tout d’abord, il n’existe pas de consensus concernant l’approche bioinformatique la plus fiable pour déterminer l’identité et l’abondance des micro-organismes présents dans les échantillons végétaux. De plus, les réseaux microbiens construits avec les méthodes actuellement disponibles sont des réseaux d’associations statistiques entre des comptages de séquences, non directement superposables aux réseaux d’interactions (ex : compétition, parasitisme) entre micro-organismes. L’objectif de la thèse était donc de déterminer les approches bioinformatiques et statistiques les plus pertinentes pour reconstruire des réseaux d’interactions microbiennes à partir de données de metabarcoding. Le modèle d’étude était la vigne (Vitis vinifera L. cv. Merlot noir) et l’oïdium de la vigne, Erysiphe necator. Nous avons tout d’abord déterminé l’approche bioinformatique la plus adaptée pour identifier la communauté fongique associée à ce pathogène, en comparant la capacité de 360 pipelines à retrouver la composition d’une communauté artificielle de 189 souches fongiques. DADA2 est apparu comme l’outil le plus performant. Nous avons ensuite évalué l’influence de la pratique culturale (viticulture conventionnelle vs. biologique) sur les communautés fongiques des feuilles et évalué le niveau de réplicabilité des réseaux microbiens construits avec une méthode d’inférence classique, SparCC. La réplicabilité était très faible, jetant ainsi un doute sur l’utilité de ces réseaux pour le biocontrôle et la biosurveillance. Nous avons donc utilisé une nouvelle approche statistique, le modèle PLN, qui permet de prendre en compte la variabilité environnementale, pour explorer finement le pathobiome d’Erysiphe necator. Les interactions microbiennes prédites par le modèle sont en cours de comparaison avec des expériences de confrontations de levures en co-cultures. Une approche alternative, HMSC, a également été testée sur un autre modèle biologique et certaines prédictions ont été confrontées avec succès aux données de la littérature. Les réseaux microbiens, sous réserve d’amélioration des méthodes de reconstruction, pourraient donc être utilisés pour capturer les signaux des interactions biotiques dans le pathobiome. / Interactions between microorganisms underpin many ecosystem services, including the regulation of crop diseases. An actor in this regulation is the pathobiome, defined as the subset of microorganisms associated with a host plant in interaction with a pathogen. One of the current challenges is to reconstruct pathobiomes from metabarcoding data, in order to identify potential biocontrol agents and to monitor in real time their responses to environmental changes. However, several methodological hurdles must be overcomed to achieve these objectives. First, there is no consensus on the most reliable bioinformatics approach to determine the identity and abundance of microorganisms present in plant samples. In addition, microbial networks built with currently available methods are networks of statistical associations between sequence counts, not directly related to networks of interactions (e. g. competition, parasitism) between microorganisms. The objective of the thesis was therefore to determine the most relevant bioinformatics and statistical approaches to reconstruct microbial interaction networks from metabarcoding data. The study system was grapevine (Vitis vinifera L. cv. Merlot noir) and the fungal agent of grapevine powdery mildew Erysiphe necator. First, we determined the most appropriate bioinformatics approach to identify the fungal community associated with this pathogen, by comparing the ability of 360 pipelines to recover the composition of an artificial community of 189 fungal strains. DADA2 has emerged as the most powerful tool. We then evaluated the influence of the cropping system (conventional vs. organic viticulture) on foliar fungal communities and assessed the level of replicability of microbial networks built with a standard inference method, SparCC. Replicability was very low, casting doubt on the usefulness of these networks for biocontrol and biomonitoring We therefore used a new statistical approach, the PLN model, which allows us to take into account environmental variability, to finely explore the pathobiome of Erysiphe necator. The microbial interactions predicted by the model are being compared with experiments confronting yeasts in co-cultures. An alternative approach, HMSC, was also tested on another biological model and some predictions were successfully compared with the data in the literature. Microbial networks, provided improved reconstruction methods, could therefore be used to capture signals of biotic interactions in the pathobiome.

Certains champignons sont très dommageables pour les plantes mais aussi pour la conservation après récolte des produits végétaux. Les restrictions réglementaires concernant l’utilisation des fongicides nécessitent de trouver des solutions alternatives. L'amélioration de la résistance des plantes en utilisant des méthodes physiques, comme les rayonnements UV, peut présenter une alternative prometteuse en association avec d’autres méthodes dans le cadre d’une protection intégrée des cultures. L'objectif de cette thèse a été d’étudier l’effet des rayonnements UV-C sur la sensibilité des plantes aux agents pathogènes. Les rayonnements UV-C ont été appliqués durant la culture, seuls ou en combinaison à des agents de biocontrôle, ou en post-récolte. Les expérimentations ont été menées sur deux espèces végétales : le fraisier et la tomate.Sur fraisier, des traitements UV-C à une dose de 1,70 kJ/m² entraînent une diminution systématique d'environ 20 % de la sensibilité des feuilles à Botrytis cinerea et diminuent jusqu’à 50 % le nombre de feuilles attaquées par Podosphaera aphanis, l’agent causal de l’oïdium. Chez la tomate, la protection des feuilles contre B. cinerea atteint 43 % avec une dose d’UV-C cumulée de 4,0 kJ/m². Ces mêmes traitements UV-C appliqués sur fruits réduisent la sensibilité des fraises vis-à-vis de Rhizopus de 75 % mais aucun effet n’est observé vis-à-vis de B. cinerea. Au contraire, sur fruits de tomate, la sensibilité est diminuée d'environ 63 % contre cet agent pathogène. Parallèlement, des tests biochimiques et gustatifs suggèrent que la qualité des fruits n’est pas significativement améliorée ni altérée par les expositions UV-C. Malgré un effet germicide marqué des rayonnements UV-C sur feuilles de fraisiers, aucun effet bénéfique de l’application de ces rayonnements sur le niveau d’efficacité d’agents de lutte biologique n’a été mis en évidence.Nos observations sont encourageantes pour envisager une utilisation de cette méthode dans un schéma de protection intégrée des cultures. Cependant, une compréhension claire de la façon dont les rayonnements UV-C sont perçus par les plantes et traduits en mécanismes de défense est nécessaire avant que leur utilisation ne soit recommandée sur le terrain. / Some fungi are very damaging during plant cultivation and also in post-harvest storage of products. Regulatory restrictions on fungicide use require alternative solutions. Improving plant resistance using physical methods, such as aplication of UV radiation, can be a promising alternative in association with other methods as part of an integrated pest management strategy. The objective of the present thesis was to study the effect of UV-C aplication on the sensitivity of plants to fungal pathogens. UV-C radiation was applied during plant cultivation, alone or in combination with biocontrol agents, or in post-harvest. Experiments were conducted on two plant species: strawberry and tomato.On strawberry plants, UV-C treatments at 1.70 kJ/m² result in a systematic 20 % decrease in leaves sensitivity to Botrytis cinerea and in a reduction by up to 50 % of the number of leaves infected by Podosphaera aphanis, the causal agent of powdery mildew. In tomato, leaves protection against B. cinerea reaches 43 % with a cumulative dose of 4.0 kJ/m². UV-C treatments applied on fruits reduce the strawberry sensitivity to Rhizopus by 75 % but no effect is observed against B. cinerea. On the contrary, sensitivity against B. cinerea is reduced by 63 % on tomato fruit. Biochemical and taste tests suggest that fruit quality is not significantly improved or altered by UV-C treatment. Despite a marked germicidal effect of UV-C radiation on strawberry leaves, it has no significant effect on the protective efficacy of biocontrol agents.Our observations are encouraging to consider the use of this tool in an integrated crop protection scheme. However, a clear understanding of how UV-C radiations are perceived by plants and their translation into defense mechanisms is necessary before their use is recommended in the field.