La fusariose des épis, causée majoritairement par le champignon pathogène Fusarium graminearum (Fg), est une des principales maladies du blé tendre (Triticum aestivum). Pendant son cycle infectieux, l’agent pathogène produit des mycotoxines appartenant principalement aux trichothécènes de type B, tel que le déoxynivalénol (DON), qui sont toxiques pour l’homme et l’animal. Plusieurs loci à caractère quantitatif (QTLs) impliqués dans la résistance à la fusariose des épis ont été identifiés. Certains ont été corrélés avec une détoxication de la mycotoxine, principalement par conjugaison du DON en DON-3-O-glucose (D3G), une réaction enzymatique catalysée par des UDP-glucosyltransferases (UGT). Néanmoins, peu d’études ont conduit des analyses fonctionnelles dans des plantes hôtes de la maladie afin de relier directement la glucosylation de la mycotoxine avec la résistance à la maladie in planta, et aucune d’entre elles n'a été effectuée sur des gènes de détoxication du blé tendre. Notre équipe, à l'aide de la céréale modèle Brachypodium distachyon, a démontré que l'UGT Bradi5g03300 est capable de conférer une tolérance au DON par glucosylation en DON 3-O-glucose et qu’elle est impliquée dans l'établissement précoce d'une résistance quantitative à la fusariose des épis. Le présent travail avait pour objectif de transférer les analyses fonctionnelles menées sur la céréale modèle Brachypodium distachyon au blé tendre. Dans une première approche, le gène Bradi5g03300 a été introduit dans la variété de blé Apogée, sensible à la fusariose. Les analyses phénotypiques effectuées sur les lignées de blé transgéniques exprimant constitutivement le gène Bradi5g03300, montrent une résistance plus élevée à la maladie ainsi qu'une tolérance à la mycotoxine par rapport à la lignée contrôle. Parallèlement, en utilisant une approche de synténie entre les génomes de B. distachyon et du blé tendre, nous avons identifié un gène de blé, orthologue au gène Bradi5g03300.La transformation de l’écotype de B. distachyon sensible à la fusariosepar ce gène candidat a été effectuée pour déterminer rapidement sa capacité à conjuguer le DON in planta et son implication dans la résistance à la fusariose. En conclusion, ce projet contribue à accroître les connaissances concernant la relation fonctionnelle entre la glucosylation DON et la résistance à la fusariose dans le blé tendre et à fournir des gènes candidats à inclure dans les processus de sélection. / Fusarium head blight (FHB) caused by fungi of the Fusarium genus is a widespread disease of wheat (Triticum aestivum) and other small-grain cereal crops. The main causal agent of FHB, Fusarium graminearum, can produce mycotoxins mainly belonging to type B trichothecenes, such as deoxynivalenol (DON) that can negatively affect humans, animals and plants. Several quantitative trait loci (QTLs) for resistance to FHB have been identified some of which have been correlated with efficient DON detoxification, mainly through the conjugation of DON into DON-3-O-glucose (D3G), a reaction catalyzedby UDP-glucosyltransferases (UGTs). Nevertheless, only few studies have conducted functional analyses to directly correlate DON glucosylation and resistance in planta and none were performed on wheat UGT gene(s). Our team, using the model cereal species Brachypodium distachyon, has recently demonstrated that the Bradi5g03300 UGT is able to confer tolerance to DON following glucosylation of DON into DON 3-O-glucose and is involved in the early establishment of quantitative resistance to FHB. In the present work, we transferred the functional analyses conducted on the model species Brachypodium distachyon to bread wheat. In a first approach the B. distachyon Bradi5g03300 gene has been introduced through biolistic-mediated transformation in the wheat variety Apogee, susceptible to FHB. The phenotypic analyses conducted on homozygous transgenic wheat constitutively expressing the Bradi5g03300 gene showed that they exhibit higher resistance to FHB as well as increased root tolerance to DON compared to the control line. In parallel, using a synteny approach between B. distachyon and bread wheat genomes we identified a wheat candidate gene orthologous to the B. distachyon Bradi5g03300 gene. This wheat gene after validation through gene expression pattern during wheat infection, was introduced by transformation into B. distachyon to rapidly determine its ability to conjugate DON into D3G in planta and its involvement in FHB resistance. In conclusion, this project contributes to increase the knowledge concerning the functional relationship between DON glucosylation and FHB resistance in wheat and provide candidate genes to include in selection processes.

La fusariose des épis est l’une des principales maladies des céréales, majoritairement causée par le champignon pathogène et toxinogène, Fusarium graminearum (Fg). Lors son développement in planta, le champignon produit des mycotoxines dommageables pour la santé humaine et animale, dont le déoxynivalénol (DON). De nombreux loci à effet quantitatif sur la résistance à Fg ont été identifiés chez le blé tendre. Certains d’entre eux ont été corrélés à la capacité à détoxifier le DON, en particulier par glucosylation sous l’action d’UDP-glucosyltransférases (UGT). Une UGT d’orge impliquée dans la conjugaison du DON a été identifiée en système hétérologue. Brachypodium distachyon (Bd) a récemment émergé comme modèle d’étude pour les céréales. Ce travail à l’aide d’approches transcriptomique et métabolomique a mis en évidence que lors de l’interaction avec Fg, Bd met en place des réponses macroscopiques, moléculaires et métaboliques similaires à celles connues chez le blé et l’orge. La recherche d’UGTs candidates capables de conjuguer le DON en DON-3-O-glucoside (D3G) chez Bd a permis l’identification d’un candidat. L’analyse fonctionnelle du gène correspondant a été conduite par des approches de mutagenèse et de surexpression. Ceci a montré une sensibilité accrue des lignées mutantes à la toxine et à l’agent pathogène. A l’inverse les lignées surexpresseurs ont montré une tolérance et résistance quantitative à la toxine et l’agent pathogène. Ces résultats ont été corrélés par la détection in planta de DON et D3G, dans des proportions variables selon les lignées. Ces résultats démontrent le rôle majeur que joue la glucosylation du DON dans l’établissement de la résistance observée chez Bd en réponse à Fg. / Fusarium head blight is a major cereal disease, mostly caused by the pathogenic and toxin-producing fungus, Fusarium graminearum (Fg). During its development in planta, the fungus produces mycotoxins harmful to human and animal health, including deoxynivalenol (DON). Many quantitative trait loci exhibiting an effect on resistance to Fg have been identified in wheat. Some of them were correlated with the ability to detoxify DON, particularly by glucosylation by UDP-glycosyltransferases (UGT). A barley UGT involved in the conjugation of DON was identified in a heterologous system. Brachypodium distachyon (Bd) has recently emerged as a model species for cereals. Using transcriptomic and metabolomic approaches, we show that when interacting with Fg, Bd implements macroscopic, molecular and metabolic responses similar to those known in wheat and barley. The search for UGT candidates able to conjugate DON into DON-3-O-glucoside (D3G) in Bd resulted in the identification of the Bradi5g03300 gene. Functional analyses of this gene showed increased sensitivity of the mutant lines to the toxin and to the pathogen. Conversely the overexpressor lines showed a tolerance to the toxin and quantitative resistance to Fg. These results were correlated with the detection of differential amounts of DON and D3G in the different lines. These results demonstrate the important role of DON glucosylation in the resistance establishment of Bd observed in response to Fg.

La fusariose des épis est l’une de maladies les plus dommageables des céréales tempérées et est principalement causée par le champignon toxinogène Fusarium graminearum (Fg). Ces dix dernières années, de nombreuses études ont rapporté l’induction transcriptionnelle de gènes de la plante codant pour des cytochromes P450 (P450) en réponse l’infection par Fg. Les P450s constituent une famille enzymatique impliquée dans de nombreuses voies métaboliques, certaines avec des intérêts potentiels dans la résistance face aux maladies. Nous avons utilisé la petite graminée modèle Brachypodium distachyon (Bd) pour caractériser fonctionnellement le premier gène codant pour un P450 induit chez la plante au cours de la fusariose des épis par l’utilisation de lignées altérées dans la séquence ou l’expression du gène Bradi1g75310 codant le P450 BdCYP711A29. Nous avons montré qu’en plus d’être un facteur de sensibilité à la maladie, le gène Bradi1g75310 est impliqué dans une voie de biosynthèse hormonale chez Bd, celle des strigolactones (SLs). En effet, en plus de complémenter génétiquement les phénotypes aériens de la lignée mutante max1-1 d’Arabidopsis thaliana altérée dans le gène homologue MAX1 (AtCYP711A1), une lignée de Bd surexprimant Bradi1g75310 (lignée OE) exsude davantage d’orobanchol, une SL spécifique, que la lignée sauvage ou mutante. Une analyse préliminaire de l’impact direct de l’orobanchol sur la croissance de Fg semble indiquer une activation des étapes précoces du développement du champignon (germination) qui pourrait être à l’origine de l’induction plus rapide de gènes de défenses observée chez une lignée OE de Bradi1g75310. Nous avons également montré que les 4 paralogues de Bradi1g75310 chez Bd, qui codent également pour des CYP711A, sont tous capable de complémenter la lignée max1-1 et avons généré du matériel végétal fondamental pour la poursuite de l’étude de la diversification des SLs chez la plante monocotylédone modèle Bd. Au global, ce projet constitue une première étape dans la caractérisation de l’implication des P450 dans la réponse de la plante face à l’infection par Fg en plus de donner de nouveaux indices concernant le rôle des SLs dans les interactions plante-pathogène. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse pourront permettre l’amélioration de caractères tant développementaux que de résistance à la fusariose chez les céréales cultivées. / Fusarium Head Blight (FHB) is one of the most important diseases of temperate cereals and is mostly caused by the toxin producing-fungus Fusarium graminearum (Fg). This last decade, several studies reported the transcriptional activation of cereal cytochrome P450-encoding genes (P450s) in response to Fg infection. P450s constitute an enzymatic family participating in very diverse metabolic pathways with potential interest for disease resistance. We used the model temperate cereal Brachypodium distachyon (Bd) to functionally characterize the first FHB-induced P450- encoding gene using Bd lines altered in the locus or gene expression of the Bradi1g75310 gene encoding the BdCYP711A29 P450. We showed that in addition to be a plant susceptibility factor towards the disease, the Bradi1g75310 gene is involved in the hormonal biosynthetic pathway of strigolactones (SLs) in Bd. Indeed, in addition to genetically complement the shoot phenotypes of the Arabidopsis thaliana mutant line for the homologous gene MAX1 (AtCYP711A1, max1-1 line), a Bd linewhich overexpresses the Bradi1g75310 gene (OE) exudes more orobanchol, a specific SL, compared to wild-type or mutant lines. Preliminary analysis of the direct impact of orobanchol on Fg growth suggests an activation of early fungal development (germination) likely to induce faster induction of defense-related genes during FHB, observed in Bradi1g75310 OE line. We showed that the four paralogs of Bradi1g75310 encoding BdCYP711A P450s are all able to genetically complement max1-1 line and provide important plant material for studying SLs diversification in the model monocot B. distachyon. Overall, this project constitutes a first step in the characterization of P450s involvement in plant response towards Fg infection in addition to give new evidences about the role of SLs in plant-pathogen interactions. Results obtained during this Ph.D. project will allow the improvement of both developmental and FHB-related traits in cereal crops.