La bactérie Bacillus subtilis est considérée comme une solution alternative aux pesticides conventionnels pour la gestion des agents phytopathogènes. Les mécanismes de biocontrôle de cette bactérie sont multiples et reposent fortement sur la production de lipopeptides. A l'heure actuelle, l'influence des mycètes/oomycètes phytopathogènes sur la physiologie et les mécanismes de biocontrôle de B. subtilis est peu connue. L'objectif de ce projet de doctorat était d'étudier chez B. subtilis l'influence de différents mycètes/oomycètes phytopathogènes sur les mécanismes de biocontrôle et plus particulièrement sur la production de lipopeptides. Dans un premier temps, les lipopeptides produits par B. subtilis PTB185 ont été caractérisés par spectrométrie de masse et une méthode permettant leur quantification relative a été développée à l'aide d'un MALDI-TOF. Cette première étape a permis de montrer que la souche PTB185 produit de la surfactine, de l'iturine et de la fengycine. Les essais de confrontation sur gélose ont montré que l'activité antagoniste et la production de lipopeptides par B. subtilis variaient significativement (P ≤ 0.05) selon l'agent pathogène testé. Aucune corrélation entre la production de lipopeptides et l'activité antimicrobienne de B. subtilis n'a toutefois été observée. Le mycélium autoclavé des agents phytopathogènes a également influencé significativement les quantités de lipopeptides produites par B. subtilis en milieu liquide. La production de fengycine et/ou d'iturine a augmenté significativement en présence du mycélium de Botrytis cinerea, Mucor sp., Pythium ultimum ou Rhizoctonia solani, alors que l'addition de mycélium n'a pas affecté de façon significative la production de surfactine, en comparaison avec le traitement témoin. Les bactéries cultivées en milieu liquide en présence du mycélium de Mucor sp. ont causé une réduction significativement plus importante de la croissance de B. cinerea, R. solani et S. sclerotiorum, comparativement aux bactéries cultivées en absence de mycélium. Ces résultats montrent pour la première fois l'influence du mycélium autoclavé des agents phytopathogènes sur l'activité antagoniste et la production de fengycine/iturine chez B. subtilis. Une étude plus approfondie de l'influence du mycélium autoclavé et des composés extracellulaires des mycètes/oomycètes phytopathogènes sur B. subtilis PTB185 a par la suite été réalisée en protéomique. Le mycélium autoclavé de tous les agents phytopathogènes testés a fortement inhibé les protéines associées au métabolisme et à la biosynthèse de la thiamine chez la bactérie. Le mycélium autoclavé de Mucor sp. a fortement stimulé les protéines associées au « phage-like element PBSX » et fortement diminué celles du métabolisme et de la biosynthèse de la biotine. Les composés extracellulaires de P. ultimum ont diminué les protéines associées à la formation des flagelles et stimulé celles associées à la production de subtilosine. Le mycélium autoclavé et les composés extracellulaires de R. solani ont augmenté de façon importante les protéines associées à la synthèse de sidérophores. Les composés extracellulaires de S. sclerotiorum ont pour leur part très faiblement impacté le protéome de la bactérie. Les résultats de cette étude, en plus de témoigner de l'influence des interactions biotiques sur la production des lipopeptides, apportent des informations supplémentaires quant à l'influence de ces dernières sur la physiologie/les mécanismes de biocontrôle de B. subtilis. Enfin, cette étude offre de nouvelles perspectives pour optimiser le milieu de culture de B. subtilis à des fins biotechnologiques. / The bacterium Bacillus subtilis is considered as a promising alternative to conventional pesticides for plant disease management. The mechanisms underlying the biocontrol properties of this bacterium are multiple and are closely related to the production of lipopeptides. Currently, little is known about the influence of plant pathogenic fungi/oomycetes on B. subtilis physiology and biocontrol mechanisms. The objective of this doctoral research project was to study the influence of fungi/oomycetes on B. subtilis biocontrol mechanisms, especially on the production of lipopeptides. In the first instance, the lipopeptides produced by B. subtilis PTB185 were characterised by mass spectrometry and a method allowing the relative quantification of these compounds was developed using MALDI-TOF instrumentation. This first step displayed the capacity of strain PTB185 to produce surfactin, iturin, and fengycin. Confrontation assays conducted on agar showed that B. subtilis antagonistic activity and production of lipopeptides vary significantly (P ≤ 0.05) according to the pathogen tested. However, no correlation between lipopeptides production and B. subtilis antimicrobial activity was observed. Autoclaved mycelia of plant pathogens were also shown to significantly influence the quantities of lipopeptides produced by B. subtilis in liquid culture. Fengycin and/or iturin were produced in significantly higher amounts in presence of mycelium of Botrytis cinerea, Mucor sp., Pythium ultimum, or Rhizoctonia solani, while addition of mycelium in the medium did not significantly affect surfactin production as compared to the control. Bacteria grown in liquid medium amended with Mucor sp. mycelium caused a significantly higher reduction of mycelial growth of B. cinerea, R. solani, and Sclerotinia sclerotiorum as compared to the bacteria grown with no mycelium. These results show for the first time the influence of autoclaved plant pathogen mycelium on B. subtilis antagonistic ability and production of fengycin/iturin. The influence of autoclaved mycelia and extracellular compounds of plant pathogenic fungi/oomycetes on B. subtilis was further investigated by proteomics. Autoclaved mycelium of all tested pathogens strongly inhibited the proteins associated with B. subtilis thiamine metabolism and biosynthesis. Autoclaved mycelium of Mucor sp. strongly increased proteins associated with the phage-like element PBSX and strongly decreased those related to biotin metabolism and biosynthesis. Extracellular compounds of P. ultimum reduced proteins associated with flagellar assembly and stimulated those related to the production of subtilosin. Autoclaved mycelium and extracellular compounds of R. solani strongly increased proteins associated with the production of siderophores. Extracellular compounds of S. sclerotiorum barely affected the proteome of the bacterium. The results of this study, besides providing additional evidence of the influence of biotic interactions on lipopeptides production, give further information on the influence of the latter on B. subtilis physiology and biocontrol mechanisms. Finally, this study provides new insights into the optimisation of the culture medium to grow B. subtilis for biotechnological applications.

Les agents phytopathogènes telluriques constituent un problème majeur touchant les productions serricoles de concombre (Cucumis sativus L.) et de tomate (Solanum lycopersicum L.). Les traitements biologiques efficaces sont limités pour lutter contre ces agents pathogènes. Cette étude avait pour objectifs d’évaluer (1) l’effet antagoniste in vitro de Bacillus pumilus Meyer et Gottheil souche PTB180 et Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn souche PTB185 envers Rhizoctonia solani J.G. Kühn, Pythium ultimum Trow, Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary, Phytophthora capsici Leonian, Fusarium oxysporum Schltdl. et F. oxysporum f.sp. radicis-lycopersici Jarvis & Shoemaker, (2) l’effet répresseur d’une application préventive des bactéries sur la pourriture du collet et la fonte des semis causées par R. solani, sur concombre ou tomate en serre et (3) l’effet des bactéries sur la croissance et la productivité des plants de tomate cultivés en serre. Lors des essais in vitro, PTB180 et PTB185, utilisés seuls et en mélange (1:1), ont fortement inhibé la croissance mycélienne des six agents phytopathogènes. Sur plantules de concombre et de tomate, le mélange (1:1) des deux souches a permis une réduction significative (p<0,05) de la sévérité des symptômes de la pourriture du collet. PTB185 et le mélange (1:1) des deux souches ont augmenté significativement la hauteur et la masse sèche des plants infectés par R. solani. Les essais sur graines de tomate montrent que PTB180 a augmenté significativement le taux de levée des graines et que PTB185 a réduit significativement la mortalité post-levée tout en favorisant la croissance des plantules. Les tests réalisés sur plants de tomate sains n’ont pas montré d’effet significatif de PTB180 et PTB185 sur la croissance et la productivité des plants. Les bactéries à l’étude pourraient éventuellement représenter une alternative aux fongicides de synthèse pour lutter contre les agents phytopathogènes.

Rhodococcus fascians is a Gram-positive phytopathogenic bacterium which induces the development of leafy galls, local amplifications of multiple buds, on most infected plants. This process is linked to the production of phytohormones along with the presence of essential virulence-associated genes like the plasmid loci att and fas and the chromosomal gene vicA. However, the presence of these genes is not sufficient to ensure the infection phenotype development, indicating that other genes play a role in R. fascians pathogenicity. In this work, we studied the metabolic modifications occurring when the bacterium interacts with its host using a proteomic approach. A comparison between virulent and avirulent strains showed variations in the expression of catalases. In the virulent strain, besides the transitory induction of the att locus expression, the bacterium changes its metabolism from the Krebs cycle to the glyoxylate shunt, a process which is frequently observed in bacteria confronted to a hostile environment. The expression of the shunt-specific enzyme isocitrate lyase increased, while expression of fumarate hydratase and pyruvate dehydrogenase decreased. Hence, we focused on the link between the glyoxylate shunt and virulence. A screening of a R. fascians mutant library based on the capacity of bacteria to use acetate as the sole carbon source, a metabolic pathway depending on the glyoxylate shunt, resulted in the identification of a new gene essential for R. fascians pathogenicity. This gene encodes a glycosyl transferase, an enzyme known to be involved in the bacterial cell wall biosynthesis but possibly also implicated in cytokinin secretion. A mutant in this gene harboured an altered colony phenotype and could not induce malformations on infected plants. Accordingly, our results were integrated in the leafy gall pathology model recently presented by Stes et al. (2011). Finally, the several questions that are raised by this work, allowed us to suggest further research perspectives in order to unveil a little more of the R. fascians mysterious ways to interact with the plant./Rhodococcus fascians est une bactérie Gram-positive phytopathogène qui induit le développement de galles feuillées, des amplifications locales de multiples bourgeons, sur la plupart des plantes infectées. Ce processus est lié à la production de phytohormones ainsi qu’à la présence de gènes essentiels associés à la virulence tels que les loci plasmidiques att et fas et le gène chromosomique vicA. Cependant, la présence de ces gènes ne suffit pas à garantir le développement du phénotype d’infection, indiquant que d’autres gènes jouent un rôle dans la pathogénicité de R. fascians. Dans ce travail, nous avons étudié les modifications métaboliques qui se produisent lorsque la bactérie interagit avec son hôte par une approche protéomique. Une comparaison entre les souches virulente et avirulente a mis en évidence des variations d’expression au niveau des catalases. Dans la souche virulente, outre l’induction transitoire de l’expression du locus att, la bactérie change son métabolisme pour passer du cycle de Krebs au shunt du glyoxylate, un processus fréquemment observé chez les bactéries confrontées à un environnement hostile. L’expression de l’isocitrate lyase, enzyme spécifique au shunt, augmente, tandis que celle de la fumarate hydratase et de la pyruvate déhydrogénase diminue. Nous nous sommes donc intéressés au lien entre le shunt du glyoxylate et la virulence. Le screening d’une banque de mutants de R. fascians basé sur la capacité de la bactérie à utiliser l’acétate comme seule source de carbone, une voie métabolique dépendant du shunt du glyoxylate, a permis d’identifier un nouveau gène essentiel pour la pathogénicité de R. fascians. Ce gène code pour une glycosyl transferase, une enzyme impliquée dans la biosynthèse de la paroi bactérienne mais également dans la sécrétion des cytokinines. Un mutant dans ce gène présente un phénotype de colonie altéré et ne peut induire de malformations chez les plantes infectées. Finalement, nos résultats et les pistes d’interprétations que nous avons émisent nous permettent de compléter le modèle de l’interaction R. fascians-plante proposé récemment par Stes et al. (2011). Des perspectives de recherches visant une meilleure compréhension de ce pathosystème sont proposées. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished