Thèse de doctorat : Aspects cellulaires et moléculaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 135-145.

Nous avons étudié la voie MAPK Mps1/Slt2 du champignon pathogène du riz Magnaporthe Oryzae. Chez la levure, Slt2 active les facteurs de transcription Rlm1, Swi4 et Swi6. Nous avons identifié le gène orthologue de ScSWI4 chez M. oryzae et étudié les rôles de Mps1, Rlm1, Swi4 et Swi6 en comparant les phénotypes de leurs mutants nuls. Δmps1, Δswi4, Δswi6 ont le même défaut de mélanisation, tandis que Δmps1 et Δrlm1 sont déficients pour la sporulation. L'absence d'hyphes aériens et d'hydrophobicité du mycélium sont des phénotypes spécifiques de Δmps1, tandis qu'une réduction de croissance est associée spécifiquement à Δswi4 et Δswi6. Aucun de ces mutants ne présente une hypersensibilité aux enzymes de dégradation de la paroi (EDPs) et aux inhibiteurs de la paroi (aculeacine A, nikkomycin Z, calcofluor white : CFW). La pathogénie de Δswi4 est réduite, tandis que celle de Δswi6 est similaire à la souche sauvage. Δmps1 et Δrlm1 sont non pathogènes. La transcriptomique comparative de la souche sauvage, Δmps1, Δrlm1 et Δswi4 montre qu'il n'existe qu'un petit nombre de gènes sur- ou sous- exprimés chez ces mutants, le nombre maximal étant observée entre Δmps1 et Δswi4. Le gène AGS1 encodant l'alpha-1, 3-glucane synthase, une cible supposée de Mps1, n'est ni sur- ni sous-exprimé chez ces mutants. La souche sauvage et Δmps1 ont la même sensibilité aux EDPs et au CFW à pH6. Cependant, à pH5, la souche sauvage devient résistante aux EDPs et au CFW à pH6. Cependant, à pH5, la souche sauvage devient résistante aux EDPs et au CFW, tandis que Δmps1 perd cette résistance, suggérant qu'elle nécessite Mps1. Notre étude montre que la voie MAPK Mps1 joue un rôle important dans plusieurs processus biologiques de M. oryzae et précise quels sont les cibles / We have studied the Mps1/Slt2 MAPK signalling pathway in the rice blast fungus Magnaporthe oryzae. In yeast, Slt2 activates the transcription factors Rlm1, Swi4 and Swi6. We have identified the M. oryzae gene orthologous to ScSWI4 and studied the roles of Mps1, Rlm1, Swi4 and Swi6 in M. oryzae by comparing the phenotypes of their null mutants. Δmps1, Δswi4, Δswi6 displayed the same defects in melanisation, while Δmps1 and Δrlm1 are defective in sporulation. Loss of aerial hyphae formation and mycelium hydrophobicity are phenotypes specific of Δmps1, while reduced growth is a specific phenotype of Δswi4 and Δswi6. None of these mutants displayed an increased sensitivity against cell wall degrading enzymes (CWDEs) and cell wall inhibitors (aculeacine A, nikkomycin Z, calcofluor white : CFW). Pathogenicity was reduced in Δswi4, while Δswi6 was as pathogenic as WT. Δmps1 and Δrlm1 were non-pathogenic. Comparative transcriptomic of WT, Δmps1, Δrlm1 and Δswi4 highlighted only a limited number of genes up- and down-regulated in these mutants, with the largest number observed between Δmps1 and Δswi4. The alpha-1,3-glucan synthase encoding gene AGS1, a suggested Mps1 target, was not up- nor down-regulated in these mutants. WT and Δmps1 have a similar sensitivity to CWDE and CFW at pH6. However, at pH5, WT displays a resistance to CWDEs and CFW, while Δmps1 loses this pH5 induced resistance, suggesting it requires the Mps1 pathway. This work shows that Mps1 MAPK pathway has an important role in different M. oryzae biological processes and provides new insights on its transcriptional targets

Magnaporthe grisea est responsable de la pyriculariose du riz, principale maladie de cette céréale. L’entrée du champignon dans la plante hôte se fait via l’appressorium. La différenciation de cette structure résulte d’une réorientation génétique et métabolique, et nécessite une régulation génétique fine. Une étude transcriptomique comparant les stades mycélium et appressorium a permis de montrer qu’environ 1300 ORFs sont surexprimées au stade appressorial. Ce transcriptome a permis l’identification de 32 gènes codant pour des facteurs de transcription pour lesquels dix mutants de délétion ont été générés et caractérisés. L’étude de leur pouvoir infectieux a révélé que le mutant délété du gène TF7 présente une pathogénie réduite de 70% sur plant d’orge. De plus, ce mutant est incapable de former des appressoria sur membrane artificielle sauf en présence d’un inducteur chimique (1,16- hexadecanediol). Par ailleurs, lorsque les appressoria sont formés, ils éclatent au bout de 14 heures. Cette altération peut être compensée par l’addition de sorbitol comme osmoprotecteur. Ce mutant est hypersensible à la Nikkomycine Z, un inhibiteur de la chitine synthase suggérant une altération du métabolisme pariétal. Un transcriptome différentiel réalisé à partir d’appressoria sauvages et mutés différenciés sur membrane de Téflon a révélé que des gènes impliqués dans le métabolisme de la chitine sont sous-exprimés dans le mutant ΔTf7. Le facteur de transcription Tf22 dont la délétion conduit à une réduction de 70% de la pathogénie sur riz a également fait l’objet d’une attention particulière. En effet, la recherche d’homologie a montré la présence de deux protéines homologues à Tf22 chez les deux champignons phytopathogènes S. nodorum et C. nicotianae et au-delà de la conservation d’un cluster potentiel de gènes du métabolisme secondaire, identifié chez C.nicotianae. La caractérisation du mutant a montré que l’expression de ce cluster potentiel est régulée négativement par le gène TF22 / Magnaporthe grisea is responsible for rice blast, the major disease of rice. The entry of the fungus in the host plant is via a specialized cell called appressorium. The differentiation of this structure results from a genetic and metabolic shift, and requires fine control mechanisms. A transcriptomic study comparing vegetative mycelium and appressorium mature stage, characteristic of the pre-penetration step was realized. In order to identify new regulatory networks specific of the appressorial differentiation, we focused on 32 genes encodi. Ten deletion mutants of transcription factor genes were generated and characterized. The study of their infectivity revealed that the TF7 gene deleted mutant has a reduced pathogenicity of 70% on barley plant resulting from an inability to penetrate the plant surface. Moreover, unlike the parental strain, this mutant is unable to form appressoria on artificial membrane except in the presence of a chemical inducer (1.16-hexadecanediol). Moreover, when appressoria are formed, they burst after 14 hours. This alteration can be compensated by a sorbitol solution acting as an osmoprotectant. This mutant is hypersensitive to nikkomycin Z, a chitin synthase inhibitor suggesting an alteration of parietal metabolism. A differential transcriptome was conducted comparing wild and mutated appressoria differentiated on Teflon membrane revealed that genes involved in chitin metabolism are dependent on the transcription factor Tf7. A second transcription factor Tf22 whose, deletion leads to a reduction of 70% of pathogenesis on rice, has also been studied. Indeed, the homology search showed the presence of two proteins homologous to Tf22 for S. nodorum and C. nicotianae. Beyond the conservation of the transcription factor, we observed the conservation of a potential cluster of genes of secondary metabolism identified in C.nicotianae. The characterization of the mutant revealed that expression of this potential cluster is negatively regulated by the gene TF22

L’utilisation de pesticides permet de réduire les pertes de récolte mais génère des impacts environnementaux négatifs. Il est important de fournir des informations précises sur les risques épidémiques concernant les bioagresseurs afin de raisonner l’utilisation des pesticides, en particulier dans le cas du mildiou de la vigne, responsable en moyenne de 43% des traitements utilisés dans le Bordelais. Cette thèse évalue l’intérêt de la date d’apparition des symptômes de mildiou de la vigne pour raisonner l’usage des fongicides dans la lutte contre cette maladie.En nous basant sur des observations régionales et de l’expertise locale, nous montrons que dans le Bordelais, les premiers traitements sont réalisés en moyenne quatre semaines avant l’apparition des premiers symptômes. Nous montrons que reporter la date du premier traitement anti-mildiou à la date d’apparition de la maladie permet d’économiser en moyenne 56% des traitements, par rapport aux pratiques actuelles de cette région. Nos résultats montrent que combiner cette stratégie avec le port d’équipements de protection réduit l’exposition des opérateurs de plus de 70%.En utilisant des méthodes de machine learning, nous montrons que la précocité et la gravité des épidémies de mildiou sont fortement liées. Les prévisions de nos modèles peuvent être utilisées pour déclencher les traitements contre la maladie dans les cas de risques élevés, entraînant une réduction de plus de 50% des traitements anti-mildiou par rapport aux pratiques actuelles.Nos résultats et les méthodes employées sont discutés et mis en perspective avec d’autres moyens de réduction de l’usage des pesticides en viticulture. / Abstract: Pesticides reduce yield losses but have negative environmental consequences. It is important to provide precise information on the epidemic risks concerning harmful organisms in order to reason the use of pesticides, in particular in the case of grape downy mildew, which is responsible on average for 43% of pesticides used in Bordeaux vineyards.The objective of this work is to estimate the benefits of using downy mildew onset date to avoid unjustified sprays in the control of this disease. Based on regional observations and local expertise, we show that in Bordeaux, the first treatments are applied on average four weeks before the first symptoms appear.We show that postponing the date of the first downy mildew spray to disease onset reduces fungicide use by an average of 56% compared to current practices in this region. For operators, our results show that combining this strategy with the use of personal protective equipment reduces exposure by more than 70%.By using machine learning methods, we also show that the precocity and severity of downy mildew epidemics are strongly linked. Our predictions can be used to trigger disease treatments only in high-risk cases, resulting in a reduction of more than 50% in mildew treatments compared to current practices. Our results and the used methods are discussed and compared with other methods for reducing the use of pesticides in viticulture.

L'architecture du couvert constitue un levier susceptible de limiter le développement épidémique des mycoses aériennes des plantes. La grande variabilité des caractéristiques architecturales du pois fait du pathosystème Mycosphaerella pinodes/pois un candidat idéal pour une telle étude. Deux hypothèses sont testées pour expliquer la montée de la maladie de la base vers le haut du couvert en cours de culture : i) la présence d'un gradient de réceptivité des organes du pois liée à leur niveau de sénescence, et ii) la présence d'un gradient d'humectation avec une durée d'humectation plus longue à la base des couverts. Au champ, trois cultivars ont été semés à plusieurs densités afin d'obtenir divers scénarios architecturaux. Les couverts les plus denses présentent des niveaux de sénescence plus élevés générés par les indices de surface foliaire des étages supérieurs ainsi qu'un niveau de maladie plus sévère. Une étude analytique complémentaire, réalisée en conditions contrôlées, a montré la plus grande réceptivité à l'ascochytose des organes sénescents. Les mesures microclimatiques montrent une augmentation générale de la durée d'humectation au sein des couverts par rapport à l'extérieur durant les périodes pluvieuses, seules périodes favorables à l'infection d'après notre modélisation adaptée du modèle de Magarey et al. Nos résultats montrent ainsi que l'architecture impacte directement et indirectement le développement épidémique, mais ne peut fournir seule un échappement total à la maladie ; elle doit donc être combinée à d'autres méthodes de lutte.

L'enjeu de la thèse est de proposer une stratégie de gestion durable de la résistance génétique à la rouille brune du blé, basée sur des sources de résistance quantitative. Nous proposons d'identifier des résistances se traduisant par une diminution des performances du pathogène sur les différentes phases du cycle infectieux. Ainsi, l'exercice de contraintes diversifiées sur le pathogène devraient ralentir son adaptation et augmenter la durabilité de la résistance. La confrontation d'un ensemble de génotypes de blé à trois isolats de rouille brune a permis de mesurer le niveau de résistance pour cinq composantes en serre (efficacité d'infection, période de latence, taille de lésion, sporulation par lésion, sporulation par unité de surface sporulante), et à différentes étapes de l'épidémie au champ. Nous avons mis en évidence une grande diversité des composantes affectées, et une variabilité importante pour toutes les composantes. Le développement d'un modèle statistique a permis d'établir que l'ensemble des composantes intervient dans la détermination du niveau de résistance à l'échelle épidémique, mais l'efficacité d'infection et la latence sont les composantes qui jouent le rôle le plus important pour déterminer le niveau de résistance au champ. L'impact d'une composante sur le niveau global de résistance change selon les étapes de l'épidémie. Les trois isolats utilisés ont exprimé un profil d'agressivité contrasté vis-à-vis des différentes composantes. La cartographie des QTLs associés aux différentes composantes de résistance a permis d'établir que la diversité phénotypique observée est liée à une diversité génotypique.