L’agent pathogène Phytophthora parasitica est un oomycète qui a des effets dévastateurs sur l’agriculture et les écosystèmes naturels. En tant qu'organisme hémi-biotrophe, il infecte les racines des plantes en établissant d'abord un contact intime avec les cellules hôtes (biotrophie) avant de les tuer (nécrotrophie) et de terminer son cycle d'infection. Pour contrôler ces processus, les oomycètes sécrètent des protéines effectrices, qui sont internalisées dans les cellules végétales par un motif de translocation (appelé RxLR-EER) pour manipuler la physiologie et les réponses immunitaires de l'hôte. Les études des échanges moléculaires entre Phytophthora parasitica et la plante qui ont été menées par le laboratoire d'accueil ont permis d'identifier un effecteur RxLR, dénommé Avh195. La séquence en acides aminés de l'effecteur est caractérisée par la présence de cinq motifs AIM (« ATG8 Interacting Motive ») qui indiquent une interaction potentielle avec la protéine centrale de l’autophagie, ATG8. Avh195 co-localise avec la fraction membranaire de l'ATG8, et un système double-hybride en levure permettant la détermination d’interactions entre protéines membranaires, a confirmé une interaction non sélective entre Avh195 et plusieurs isoformes d'ATG8. La caractérisation de la perturbation de l'autophagie dépendante de Avh195 a été réalisée dans l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii après génération de lignées transgéniques surexprimant l'effecteur. Les analyses par cytométrie de flux ont révélé que Avh195 ne modifie pas la physiologie et la « fitness » de l'algue dans des conditions de croissance normales et pendant l'autophagie induite par la rapamycine. La microscopie électronique à transmission a révélé que l'effecteur provoque dans les cellules de l’algue un retard dans le flux autophagique, se traduisant par une réduction de la coalescence et de la clairance des vacuoles et une forte accumulation d'amidon dans les chloroplastes. Cependant, ce phénotype est transitoire et seulement légèrement lié aux modifications de la régulation transcriptionnelle de la machinerie autophagique. L'analyse de la fonction effectrice chez les plantes a montré que Avh195 retarde le développement de la mort cellulaire hypersensible, déclenchée par un éliciteur d’oomycète. Cette activité dépend de trois AIM sur cinq, ce qui renforce encore l’importance de l’interaction Avh195-ATG8 pour la fonction de l’effecteur. La surexpression stable d'Avh195 chez A. thaliana a permis de déterminer que l'effecteur n'altère pas les réponses immunitaires des plantes, mais favorise globalement le développement de l'agent pathogène, accélérant le passage de la biotrophie à la nécrotrophie au cours de l'infection. À notre connaissance, le travail présenté dans cette thèse représente la première preuve qu'un effecteur d’oomycète possède une activité transitoire, ciblant de manière non sélective la protéine ATG8 dans différents organismes photosynthétiques pour ralentir le flux autophagique, favorisant ainsi le mode de vie hémi-biotrophe d'un agent pathogène. / The plant pathogen Phytophthora parasitica is an oomycete with devastating impact on both agriculture and natural ecosystems. As a hemi-biotrophic organism it infects the roots of plants first establishing an intimate contact with host cells (biotrophy) before killing them (necrotrophy) and completing its infection cycle. To control these processes, oomycetes secrete effector proteins, which are internalized in plant cells by a translocation motif (called RxLR-EER) to manipulate the physiology and the immune responses of the host. Studies of the molecular exchanges between Phytophthora parasitica and the plant that were conducted by the hosting laboratory led to the identification of an RxLR effector, designed to as Avh195. The amino acid sequence of the effector is characterized by the presence of five AIMs (ATG8 interacting motifs), that indicate a potential interaction with the autophagic core protein, ATG8. Avh195 colocalizes with the membrane-bound fraction of ATG8, and a yeast two-hybrid system, which allows to determine interactions between membrane proteins, confirmed a non-selective interaction between Avh195 and several ATG8 isoforms. The characterization of Avh195-dependent autophagy perturbation was carried out in the unicellular alga Chlamydomonas reinhardtii after generation of transgenic lines overexpressing the effector. Analyses by flow cytometry revealed that Avh195 does not modify the physiology and fitness of the alga, both under normal growth conditions and during rapamycin-induced autophagy. Transmission electron microscopy of cells revealed that the effector provokes a delay in the autophagic flux, manifested as a reduced coalescence and clearance of autophagic vacuoles and a strong accumulation of starch in chloroplasts. However, this phenotype was transient and only slightly related to modifications in the transcriptional regulation of the autophagic machinery. The analysis of effector function in planta showed that Avh195 delays the development of hypersensitive cell death, which is triggered by an oomycete elicitor. This cell death-delaying activity is dependent on three out of five AIMs, further consolidating the importance of the Avh195-ATG8 interaction for the function of the effector. The stable overexpression of Avh195 in A. thaliana allowed to determine that the effector does not impair plant defense responses, but overall promotes the development of the pathogen, accelerating the switch from biotrophy to necrotrophy during infection. To our knowledge, the work presented in this thesis represents the first evidence for an oomycete effector to possess a transitory activity, which targets in a non-selective manner the protein ATG8 in different organisms from the green lineage to slow down autophagic flux, thus promoting the hemibiotrophic life style of a pathogen.

The potential of increasing disease problems through the use of recycled irrigation water in horticultural operations is a serious concern, yet basic research on waterborne plant pathogens in Virginia is lacking. In this work seasonal fluctuations and locations of Pythiaceae in a recycled water irrigation system at a container nursery were determined. <i>Pythium</i> spp. were recovered more frequently and in greater numbers than <i>Phytophthora</i> spp. Species of <i>Phytophthora</i> recovered in filtering assays were identified as <i>P. capsici, P. citricola, P. citrophthora, P. cryptogea, P. drechsleri,</i> and <i>P. nicotianae. P. cryptogea</i> and <i>P. drechsleri</i> were the only <i>Phytophthora</i> spp. recovered from baits placed on the surface of the irrigation reservoir, whereas a greater diversity of species was recovered from baits placed at depths. Hymexazol-amended medium was found to have limitations in recovery of <i>Phytophthora</i> spp. In pathogenicity tests, <i>P. cactorum, P. capsici, P. citrophthora,</i> and <i>P. nicotianae</i> caused significant mortality of <i>Salvia officinalis</i> and <i>P. cactorum</i> showed limited pathogenicity on <i>Gerbera jamesonii</i>. Asymptomatic (aboveground) plants were found to harbor inoculum long after <i>Phytophthora</i>-inoculation. Fresh weight analyses of roots and shoots of asymptomatic plants demonstrated that <i>Phytophthora</i> inoculation may either reduce or stimulate plant shoot growth, but little effect is apparent on roots. Irrigation with naturally infested irrigation water reduced plant growth. This research provides data for prioritizing development of detection technology and management practices for plant pathogens in irrigation water. The results may also lead to improvements in conventional water assay protocols for plant pathogens. / Master of Science

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Dans un contexte de réduction des intrants chimiques, l’utilisation des phytosanitaires naturels stimulant l’immunité végétale ouvre la porte vers une nouvelle approche de protection des plantes. Ces composés éliciteurs regroupés sous le terme de «Stimulateurs des Défenses naturelles des Plantes» (SDP) activent le système défensif de la plante la rendant plus résistante aux bio-agresseurs. Les SDP, de nature diverse, se présentent sous forme de composés uniques ou en mélange dans les extraits végétaux. Au cours de ma thèse, nous avons démontré l’activité SDP des extraits de marc de raisin. Les extraits issus de sous-produits de la vigne, marc de raisin rouge, marc de raisin blanc et pépins de raisin induisent diverses réactions de défense au sein de plantes modèles. Nous avons focalisé notre étude sur l’extrait de marc de raisin rouge (EMR) stimulant l’immunité chez le tabac. Infiltré sur feuilles, l’EMR induit la réponse de type HR caractérisée par l’apparition de lésions chlorotiques et accumulation de composés autofluorescents dans les tissus infiltrés. Ces réactions de défense locales ont été observées également chez l’arabette et la tomate. L’EMR déclenche les réponses LAR et SAR avec l’accumulation des transcrits des gènes de défense dans les feuilles de tabac et ce quelque soit son mode d’application (infiltration ou pulvérisation). Le mode d’action de l’EMR a été abordé sur cultures cellulaires de tabac BY-2. L’EMR induit une forte alcalinisation du milieu extracellulaire avec une mobilisation du calcium (Ca2+), l’expression des gènes de défense et la mort cellulaire. Une étude pharmacologique de la mort cellulaire suggère la mise en place de mort cellulaire programmée (PCD) dans les cellules de tabac. La caractérisation de la voie de signalisation activée par l’EMR a été étudiée avec le mutant NahG de tabac incapable d’accumuler l’acide salicylique (SA). Les réponses de défense (HR, LAR et SAR) sont faiblement induites par l’EMR chez le mutant nahG. L’EMR provoque une réponse de type HR fortement réduite avec une faible accumulation des composés autofluorescents et une diminution drastique de l’accumulation des transcrits des gènes PR suggérant l’intervention du SA dans l’induction des réactions de défense. Le degré de protection induit par l’EMR a été déterminé sur le pathosystème tabac/Phytophthora parasitica. Pulvérisé sur feuilles, l’EMR réduit de 45% les zones infectées par l’oomycète. Ce degré de protection semble être le résultat de l’activité antimicrobienne de l’EMR combinée à l’activité SDP. Aucune protection n’a été observée chez le mutant nahG confirmant l’implication de SA dans la résistance induite par l’EMR. Le fractionnement de l’EMR a permis de simplifier la formule active des extraits de raisin et d’identifier un mélange de molécules potentiellement capables d’induire l’activité SDP. Les composés actifs sont de nature polyphénolique et contiennent de la procyanidine B2 capable à elle seule d’induire la réponse de type HR et l’expression de l’antimicrobien PR1. Cependant, il semble que cette molécule agisse en association avec d’autres composés polyphénoliques pour stimuler le système défensif de la plante. / In order to reduce chemical inputs, the use of natural phytosanitary products stimulating plant immunity are emerging approaches in phytoprotection. These elicitor compounds known as "Plant Defense Inducers" (PDI) activate the plant defense system and improve their resistance to pests attack. PDI are single molecule or mixture of compounds extracted from plant. In my thesis, we demonstrated the PDI activity of different grape marc extracts. The winery byproducts, red grape marc extract, white grape marc extract and grape seed extract all induced various defense reactions in several plant models. We focused our study on the red grape marc extract (GME) which stimulates the immunity system in tobacco plants. When infiltrated into tobacco leaves, GME induced HR-like response characterized by the appearance of chlorotic lesions and accumulation of autofluorescent compounds in infiltrated tissues. Similar local defense reactions have been observed in Arabidopsis thaliana and tomato. GME also triggered LAR and SAR responses and induced defense gene transcript accumulation in tobacco leaves after infiltration or spraying. The GME mode of action was studied using the suspension-cultured cells of tobacco BY-2. GME induced rapid alkalinization of extracellular medium with calcium mobilization, expression of defense genes and cell death. A pharmacological approach of this defensive phenomenon suggests the establishment of programmed cell death (PCD) in tobacco cells. The characterization of the signaling pathway activated by GME was studied using tobacco nahG mutant unable to accumulate salicylic acid (SA). Defense responses (HR, LAR and SAR) induced by GME were impaired in the nahG mutant. GME drastically reduced HR-like response symptoms and PR transcript accumulation. These data suggest the implication of SA in the GME-induced plant defense reactions. The GME-induced protection was evaluated in the model pathosystem of compatible interaction between Nicotiana tabacum and Phytophthora parasitica var. nicotianae (Ppn). GME could reduce by 45% the infected areas induced by the oomycete on tobacco leaves. This level of protection was the result of the combined antimicrobial and PDI actions of GME. GME had no protecting effect against Ppn on NahG leaves evidencing the involvement of SA in the GME-induced resistance. GME fractionation led to identification of a bioactive molecule mixture capable of inducing the PDI activity. The active compounds are polyphenolics and involve procyanidin B2 which is by itself able to induce the HR-like response and PR1 transcript accumulation. This compound should act in combination with other polyphenolic molecules to stimulate the full plant defense reactions.

Les extensines sont des glycoprotéines pariétales appartenant à la famille des HRGPs (Hydroxyprolin-rich glycoproteins) impliquées dans plusieurs fonctions telles que la croissance, le développement et la défense des plantes contre les pathogènes. Toutefois, leur mode d’action dans la réponse immunitaire végétale n’est pas encore bien connu et reste à élucider. Les extensines interviennent dans le renforcement de la paroi, un des premiers remparts cellulaires contre les pathogènes, en se liant entre elles de manière intra- et intermoléculaire. Ce « cross-linking » est catalysé par des enzymes peroxydases spécifiques et nécessite une correcte conformation des extensines, laquelle est conférée par leur partie glycosylée. Dans ce projet de thèse, nous avons donc entrepris d’étudier l’impact de la glycosylation des extensines sur la défense racinaire et tenté de caractériser, de manière préliminaire, des peroxydases potentiellement impliquées dans le « cross-linking » chez Arabidopsis thaliana. Des techniques d’immunocytochimie réalisées sur une sélection de mutants affectés dans la glycosylation des extensines ont révélé une modulation de la distribution des extensines dans la racine d’A. thaliana en réponse à une élicitation avec un peptide bactérien, la flagelline 22. L’un des résultats majeurs de cette étude a été de montrer l’importance de l’arabinosylation des extensines dans la colonisation de la racine par l’oomycète pathogène Phytophthora parasitica. Ainsi, l’ensemble de ces résultats nous apermis d’élaborer un modèle proposant d’illustrer l’importance de l’arabinosylation des extensines dans l’organisation et l’architecture de la paroi, modulant ainsi l’adhésion du pathogène sur les cellules de la racine et influençant in fine la colonisation de cette dernière. / Extensins are cell wall glycoproteins involved in various biological processes including plantprotection. However, their mode of action in plant immunity response is not clearly established and remains to be elucidated. Extensins are able to strengthen the cell wall, one of the first cellular barriers against pathogens, through intra- and intermolecular cross-links. This cross-linking is catalysed by specific peroxidase enzymes and requires a correct conformation of extensins conferred by their glycan moiety. This PhD project aimed to investigate the impact of extensin glycosylation in root defence and to characterize, as a preliminary study, the peroxidases potentially involved in the extensin crosslinking in Arabidopsis thaliana. Through immunocytochemistry techniques on mutants impaired withextensin glycosylation, we have revealed that a modulation of extensin distribution occurs in A. thaliana root in response to elicitation with the bacterial peptide, flagellin 22. We have also showed that extensin arabinosylation plays a major role, although probably indirect, in the root colonization by the pathogen oomycete Phytophthora parasitica. We have therefore elaborated a model proposing to illustrate the importance of extensin arabinosylation in the cell wall organization and architecture,modulating pathogen adhesion on root cells and influencing in fine root colonization.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5940.pdf: 754678 bytes, checksum: d36d72758fb4a273690a2c5829a7ca95 (MD5) Previous issue date: 2014-05-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / Among the phytosanitary problems faced by citrus sector it is highlighted the root rot caused by Phytophthora spp. which affects all stages of development of the citrus trees. Preventive measures associated with chemicals are used to control the disease, but the problems arising from the intensive use of fungicides have increased the interest in developing alternative techniques aimed at agricultural sustainability, among them the use of biofertilizers . Because of these facts, this study aimed to: (i) assess the effect of microbiota and metabolites present in biofertilizers produced from aerobic digestion (BSA) and anaerobic (BSAN) of swine manure on the mycelial growth of P. nicotianae; (ii) determining the effect of the products on inoculate of P. nicotinae in soil and roots of citrus tree, (iii) observing the effect on germination of citrus rootstocks . The results obtained in this study showed that the existing microorganisms and metabolites in biofertilizers affected the development of the colony of P. nicotianae; biofertilizer produced by aerobic digestion of swine manure (BSA) had the best efficiency in the elimination of inoculum of P. nicotianae ; BSA at concentrations of 5 and 10% and BSAN at concentration of 10% favored the germination of mandarin Sunki in substrate infested by the pathogen. Moreover BSA at concentration of 5% had a promising effect on seed germination of Rangpur lime under the same conditions. / Dentre os problemas fitossanitários enfrentados pelo setor citrícola, destacam-se doenças ocasionadas por Phytophthora spp. que afetam todos os estádios de desenvolvimento da planta cítrica. Para o controle dessas doenças são utilizadas medidas preventivas associadas com produtos químicos, porém, os problemas advindos do uso intensivo de fungicidas têm aumentado o interesse em desenvolver técnicas alternativas, visando a sustentabilidade agrícola e, dentre essas o uso de biofertilizante. Diante do exposto, o presente trabalho teve por objetivos: (i) avaliar o efeito da microbiota e dos metabólitos presentes em biofertilizantes, produzidos pela digestão aeróbica (BSA) e anaeróbica (BSAN) de esterco suíno, sobre o desenvolvimento micelial de P. nicotianae; (ii) verificar o efeito dos compostos sobre propágulos de P. nicotinae no solo e nas raízes de citros e, finalmente, (iii) observar o efeito na germinação de sementes de porta-enxertos de citros em substrato inoculado. Os resultados obtidos nesta pesquisa mostraram que os microrganismos e os metabólitos existentes nos biofertilizantes afetaram o desenvolvimento da colônia de P. nicotianae; o biofertilizante produzido pela digestão aeróbica de esterco suíno (BSA) foi o que apresentou melhor eficiência quanto à supressão de inóculo de P. nicotianae; BSA nas concentrações de 05 e 10% e BSAN a 10% favoreceram a germinação das sementes de tangerina Sunki, em substrato infestado pelo fitopatógeno; enquanto que, para o limão cravo, apenas BSA a 5% teve um efeito promissor na germinação das sementes nas mesmas condições.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5948.pdf: 2099671 bytes, checksum: a2a82b16af89dab4eb5f364794eebc2f (MD5) Previous issue date: 2014-05-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / The species of fungi belonging to the genus Trichoderma can be found in many environments, especially in the rhizosphere, as colonizers of roots and plant growth promoters, for their ability in facilitating the absorption of nutrients and protecting them against attack by pathogens. Thus, this study aimed to test isolates of Trichoderma spp. for application as growth promoting agents and inducers of resistance to Phytophthora nicotianae in citrus rootstocks. First, eighteen isolates of Trichoderma were tested in vitro for their ability in inhibiting mycelial growth of P. nicotianae, in terms of: production of volatiles or termostable antifungical substances and cell free compounds. The growth promotion test was done with three rootstocks: Sunki tangerine, Swingle citrumelo and Rangpur lime, whose height and number of leaves were measured at 30, 60, 90, 120, 150 and 180 days after treatment with the antagonistic; and in the end of the test, the measuring of dry weight for shoots and roots of plants was measured. The seeds of the rootstocks were treated with the Trichoderma spp isolates and, 180 days later, was tested their capacity of resistance induction through pathogen inoculation on stem, assessed by lesion length. The Phytophthora control assay was carried out by seeds microbiolization of tangerine Sunki and Rangpur lime. By the results, it was found that all Trichoderma spp. isolates provided more than 50% inhibition of the pathogen colony, however, no one produced volatile metabolites. Five isolates produced cell free metabolites and, only the ACB-38 produced termostable antifungal substances, capable of inhibiting the pathogen growth. Trichoderma spp. has the potential for rootstocks growth promoting and resistence inducing to P. nicotianae, but the responses vary according to the plant genotype and the type of isolate antagonist applied. Most isolates of Trichoderma spp. tested were able to control P. nicotianae in Sunki tangerine and Rangpur lime plants. / As espécies de fungos pertencentes ao gênero Trichoderma podem ser encontradas em muitos ambientes, principalmente na rizosfera, como colonizadores de raízes de plantas e promotores de crescimento das mesmas, por facilitarem a absorção de nutrientes, além de protegê-las contra o ataque de fitopatógenos. Sendo assim, esse trabalho teve por objetivo selecionar isolados de Trichoderma spp. com potencial de aplicação como agentes promotores de crescimento e indutores de resistência à Phytophthora nicotianae em porta-enxertos de citros. Primeiramente, avaliou-se in vitro a produção de metabólitos voláteis, termoestáveis e livres de células de dezoito isolados de Trichoderma spp., assim como, a atividade antagônica sobre o crescimento micelial do patógeno. Os testes in vivo compreenderam estudos de promoção de crescimento de três porta-enxertos: tangerina Sunki, citrumelo Swingle e limão Cravo, avaliando-se a altura e o número de folhas aos 30, 60, 90, 120, 150 e 180 dias após o tratamento com o antagônico e, a produção de massa seca da parte aérea e raiz das plantas. Microbiolizou-se as sementes dos porta-enxertos e testou-se a indução de resistência pela inoculação no caule, 180 dias após o tratamento, avaliada pelo comprimento de lesão. O teste de controle de Phytophthora foi realizado pela microbiolização de sementes de tangeriana Sunki e limão Cravo. Pelos resultados dos testes in vitro, verificouse que, todos os isolados de Trichoderma spp. proporcionaram mais de 50 % de inibição na colônia do fitopatógeno, porém, nenhum produziu metabólitos voláteis. Cinco isolados produziram metabólitos livres de células e, somente o ACB-38 produziu substâncias antifúngicas termoestáveis, com capacidade para inibir o desenvolvimento do patógeno. Trichoderma spp. têm potencial para promover crescimento de porta-enxertos cítricos, bem como induzir a resistência à P. nicotianae, porém, as respostas variam de acordo com o genótipo da planta e com o isolado do antagonista utilizado. A maioria dos isolados de Trichoderma spp. testada foi capaz de controlar P. nicotianae em plantas de tangerina Sunki e limão Cravo.

Les oomycètes représentent un groupe de microorganismes eucaryotes filamenteux distincts phylogénétiquement des champignons incluant de nombreuses espèces phytopathogènes. CBEL est une glycoprotéine pariétale de Phytophthora parasitica constituée d'une répétition de deux régions séparées par un linker. Chaque région protéique est constituée d'un domaine protéique de liaison à la cellulose (CBM1) et un motif PAN /Apple impliqué dans des interactions protéines-protéines ou protéines-polysaccharides. Cette étude doctorale porte sur la caractérisation de la protéine CBEL et plus particulièrement de ses CBM1s ainsi que sur l'évaluation et optimisation du potentiel de cette protéine à : (i) stimuler les défenses naturelles des plantes (ii) augmenter l'activité de glycosides hydrolases. Dans la première partie de ce travail doctoral différents tests visant à reproduire un traitement éliciteur externe sur plante entière ont pour cela été développés. Ces tests ont permis de mettre en évidence que formulée en présence de surfactants CBEL est capable d'induire diverses réponses de défense chez A. thaliana. Une production en masse de cette protéine a été réalisée dans la levure Pichia pastoris et la bactérie Escherichia coli dans l'optique d'une future application agronomique. Les protéines recombinantes CBELcol et CBELpic produite dans ces différents systèmes d'expression présentent des profils de glycosylation différents de celui de la protéine native CBELnat. Alors que ces protéines semblent se lier de manière identique à la cellulose les différents tests d'élicitation développés au cours de ce travail mettent en évidence des variations dans leur activité élicitrice suggérant que la nature des résidus glucidiques présents sur cette glycoprotéine peut avoir un impact sur sa capacité induire des réponses de défenses en application externe. Lors de la deuxième partie de ce travail de thèse la capacité de CBEL à interagir avec différents substrats cellulosiques a été caractérisée. Les résultats obtenus ont permis de montrer que CBEL se lie avec une haute affinité à la cellulose cristalline avicel et que la présence de CBM1 fonctionnels est nécessaire à cette interaction. De manière intéressante, le CBM1-1 et CBM1-2 ne semblent pas contribuer de manière égale à cette interaction. Par ailleurs la laison de CBEL à la cellulose induit des perturbations structurales sur le substrat et permet d'améliorer l'activité de la xylanase XynB de Talaromyces versatilis sur paille de blé. En outre une xylanase chimère possédant dans sa séquence le CBM1-1 de CBEL possède également une activité augmentée sur paille blé. L'ensemble de ces résultats met en évidence le potentiel de CBEL et de son CBM1-1 pour l'amélioration de l'activité de glycoside hydrolases utilisables par exemple en bioraffinerie. En dernier lieu un travail de caractérisation structurale de la protéine CBEL a également été entamé au cours de cette étude. L'enveloppe de la protéine CBEL en solution à notamment été déterminée par SAXS (Small Angle X-ray Scattering) et un modèle 3D de cette protéine a été obtenu. / Oomycetes are fungal like microorganisms evolutionary distinct from true fungi that include pathogens of plants. CBEL is a cell wall glycoprotein isolated from the oomycete Phytophthora parasitica that is composed of two distinct regions linked by a threonine/proline rich linker. Each region owns a cellulose binding module (CBM1) and a PAN-Apple domain involved in protein-protein or proteins-polysaccharides interactions. Since CBEL is able to induce defense responses in numerous plant species, its use for the development of products able to protect crops has been envisaged. For this purpose we analysed the effect of an external CBEL treatment on plants. We found that in the presence of surfactants CBEL is able to induce cytosolic calcium changes, defense gene expression, and cell death on A. thaliana. CBEL application for crop protection requires the development of economically reliable production processes. In the case of proteinaceous elicitors, an attractive strategy to obtain large amount of elicitors is to express them in heterologous hosts such as bacteria or yeasts. CBELcol and CBELpic were produced respectively in E. coli and in P. pastoris. CBELcol is unglycosylated whereas CBELpic displays a glycosylation profile distinct from the native protein (CBELnat). We found that all these proteins are able to bind crystalline cellulose. On the other side we found that the elicitor activity of CBELpic is distinct from CBELnat and CBELcol suggesting that the glycosylation on CBEL can have an impact on its ability to induce plant defense responses after external treatment on A. thaliana. In the second part of this work the two CBMs (1-1 and 1-2) that form part of CBEL have been submitted to detailed characterization, first to better quantify their interaction with cellulose and second to determine whether these CBMs can be useful for biotechnological applications, such as biomass hydrolysis. A variety of biophysical techniques were used to study the interaction of the CBMs with various substrates and the data obtained clearly indicate that CBEL's CBM1-1 exhibits much greater cellulose binding ability than CBM1-2. Engineering of the family 11 xylanase from Talaromyces versatilis (TvXynB), an enzyme that naturally bears a family 1 CBM, has produced two variants. The first one lacks a CBM, whereas the second contains the CBEL CBM1-1 in the place of the natural CBM1. The study of these enzymes has revealed that wild type TvXynB binds to cellulose, probably via its CBM1, and that the substitution of its CBM by oomycetal CBM1-1 does not affect its activity on this substrate. Moreover, the presence of CBEL during the hydrolysis of wheat straw actually potentiates the action of TvXynB, a result that is consistent with the hypothesis that CBM1-1 can alter cellulose surface fibres rather like some other members of CBM family 1.

Choisya ternata est une plante ornementale souvent touchée par la maladie de la pourriture racinaire provoquée par Phytophthora. Cette maladie peut induire de pertes allant jusqu’à 80 %, ce qui implique l’utilisation intensive de produits phytosanitaires. Afin de limiter l’utilisation de ces produits toxiques, une meilleure connaissance des acteurs de la défense des plantes est nécessaire. Pour cela, les objectifs de cette thèse sont I) d’identifier les espèces du genre Phytophthora pathogènes de C. ternata, II) d’étudier des acteurs de défense au niveau racinaire et III) de développer une approche de lutte alternative aux phytosanitaires. L’identification des espèces de Phytophthora par l’amplification et le séquençage de la région ITS, montre la présence de Phytophthora parasitica dans la production de C. ternata en pépinière. Ils mettent aussi en évidence, pour la première fois en France et chez Choisya, la présence de Phytophthora tropicalis. Deux cultivars de C. ternata sont utilisés pour étudier les acteurs de la défense racinaire contre P. parasitica, Aztec pearl (moins sensible à la pourriture racinaire) et Goldfinger (plus sensible). Les arabinogalactane-protéines (AGPs) sont des glycomolécules de la paroi cellulaire qui constitue une barrière physique face aux pathogènes. Des études ont montré le rôle des AGPs dans l’interaction plante-pathogène et plus particulièrement avec les oomycètes. Toutefois, le rôle des AGPs racinaires de Choisya dans l’interaction avec P. parasitica n’est pas étudié. Nos résultats montrent des différences biochimiques au niveau de la composition monosaccharidique des AGPs racinaires d’Aztec pearl en comparaison avec les AGPs de feuilles de ce cultivar et les AGPs de feuilles et de racines de Goldfinger. Contrairement aux autres fractions, ces AGPs n’ont pas augmenté la croissance du mycélium de P. parasitica. Ces résultats suggèrent que l’oomycète n’est pas capable de dégrader cette fraction pour l’utiliser comme une source d’énergie. Pendant l’infection de la plante par P. parasitica, ces AGPs peuvent freiner la pénétration du pathogène, et par conséquent diminuer la sévérité de la maladie. Les plantes ont aussi développé des molécules chimiques nommées métabolites secondaires (MS) capables de les protéger contre leurs agresseurs. Des études ont montré que la partie foliaire de Choisya est riche en MS tels que les alcaloïdes dont plusieurseffets pharmacologiques sont connus. Cependant, leur composition racinaire et leur rôle dans la protection de la plante contre P. parasitica ne sont pas élucidés. Nos résultats montrent que les racines des deux cultivars sont riches en alcaloïdes furoquinoliques. Certains alcaloïdes sont présents en plus grande quantité chez Aztec pearl, mais suite à l’inoculation de zoospores de P. parasitica cette différence n’est plus détectable. De plus, l’extrait contenant les alcaloïdes totaux d’Aztec pearl ont été capables d’inhiber la croissance du mycélium de l’oomycète, contrairement à l’extrait issu de Goldfinger. Ces résultats montrent le rôle potentiel des alcaloïdes furoquinoliques dans la protection de la plante contre cet oomycète. / Choisya ternata is an ornamental plant that suffers from root rot disease due to Phytophthora. This disease can lead to severe production losses (up to 80 %), which require intensive use of phytosanitary products. A better understanding of plants defenses in required in order to reduce the use of these products. Therefore, the objectives of this thesis are I) identifying Phytophthora spp. pathogens of C. ternata, II) studying roots defense actors and III) developing an alternative control approach. Phytophthora spp. identification by ITS region amplification and sequencing highlighted the presence of Phytophthora parasitica on Choisya. Furthermore, Phytophthora tropicalis was identified for the first time in France and on Choisya culture. Two C. ternata cultivars were used to study the plants root defense actors against P. parasitica, Aztec pearl (less susceptible to root rot) and Goldfinger (more susceptible to root rot). Arabinogalactan proteins (AGPs) are glycomolecules of the cell wall which constitutes a physical barrier to pathogens. Studies showed the role of AGPs in the plant-pathogen interaction and more specifically in the case of oomycetes. However, Choisya root AGPs role in the interaction with P. parasitica is not studied. Our results showed biochemical differences in the monosaccharide composition of Aztec pearl root AGPs and the other AGPs fractions (Aztec pearl leaves and Goldfinger roots and leaves). Contrary to other fractions Aztec pearl root AGPs did not increase P. parasitica mycelium growth. These results suggest that oomycete was not able to degrade this fraction and use it as energy source. When P. parasitica infects the plant, these AGPs may be able to slow the infection and reduce disease severity. Plants have also developed chemical molecules known as secondary metabolites (SM) capable of protecting them against attackers. Studies showed that C. ternata leaves are rich with SM as alkaloids that have many pharmacological activities. Nevertheless, roots alkaloids composition and role in plant protection are not studied. Our results showed that roots of the two cultivars are riche with furoquinoline alkaloids. Some these alkaloids were more concentrated in Aztec pearl. But after inoculation with P. parasitica zoospores, the difference was not detectable anymore. Moreover, the total alkaloids extract of Aztec pearl inhibited P. parasitica mycelium growth, unlike the extract of Goldfinger. Another strategy of plants protection is the use of beneficial soil microorganisms that limits pathogens development and stimulate plant defenses. These microorganisms are known as biological control agents (BCA) and are sometimes used in horticulture as an alternative control strategy. In our study, treatments of C. ternata by different BCA were evaluated by a developed real time PCR (qPCR) targeting ypt1 and by symptoms annotation. This evaluation showed that combined treatments by Glomus intraradices with Gliocladium catenulatum and G. intraradices with Trichoderma atroviridae (respectively mycorrhizal fungi and filamentous fungi) offer a better protection against P. parasitica.

L'agriculture mondiale a connu de profonds changements qui lui ont permis de faire face à l'augmentation constante de la demande alimentaire. Cependant, les conséquences de ces nouvelles pratiques agricoles sur l'environnement et la santé humaine font l'objet de préoccupations croissantes. Notamment, les politiques sanitaires actuelles visent à réduire l'utilisation des produits phytosanitaires. Aussi de nouvelles stratégies de protection des cultures doivent-elles être développées. Une meilleure compréhension des échanges moléculaires qui contribuent au succès des bioagresseurs est nécessaire. Ces échanges impliquent notamment la sécrétion de protéines qui interfèrent avec le métabolisme de l'hôte : les effecteurs. Certains d'entre elles sont accumulés au cours de la pénétration des premières cellules végétales, une étape décisive pour le succès de la tentative d'infection. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont concentrés sur 3 de ces effecteurs, sécrétés par l'oomycète Phytophthora parasitica. L'analyse des lignées de surexpression chez Arabidopsis thaliana a permis de mettre en évidence des perturbations du développement et de la physiologie de certaines hormones végétales en réponse à l'accumulation de ces effecteurs. Ces données confirment l'importance de la manipulation des voies hormonales dans le cadre des interactions plantes-pathogènes et soutiennent l'hypothèse récente selon laquelle des effecteurs sécrétés par les agents pathogènes interfèrent avec un petit nombre de cibles clefs du métabolisme de l'hôte. Ces cibles constituent des candidats de choix pour développer des variétés plus résistantes.