La pomme de terre est l’une des cultures les plus exigeantes en engrais et elle se cultive généralement sur des sols légers ayant de faibles réserves en N, P, K, Ca et Mg. Ces cinq éléments sont essentiels à la croissance des plants, à l’atteinte des bons rendements et à l’obtention de bonne qualité des tubercules de pomme de terre à la récolte et à l’entreposage. La recherche d’un équilibre entre ces cinq éléments constitue l’un des défis de pratiques agricoles de précision. La collecte de 168 échantillons de feuilles de pommes de terre selon une grille de 40 m × 60 m (densité d’échantillonnage de 2,9 échantillons ha-1) dans un champ de pommes de terre de 54 ha au Saguenay-Lac-Saint-Jean et la détermination de leur teneur en N, P, K, Ca et Mg au stade début floraison, jumelée à une lecture de l’indice de chlorophylle avec SPAD-502, a permis d’établir les faits suivants : parmi tous les indicateurs de diagnostic foliaire selon les 3 approches connues VMC, DRIS et CND, le contraste logarithmique entre les deux éléments nutritifs type anioniques (N et P) vs les trois éléments type cationiques (K, Ca et Mg), noté ilr (log ratio isométrique) du coda (Compositional Data Analysis) est l’indicateur le plus fortement relié à la lecture SPAD-502 (r=0,77). L’étude géostatique spatiale appliquée au Coda a montré une grande similitude entre le CND-ilr (anions vs cations) et la lecture SPAD-502. Ce CND-ilr devrait être interprété en termes de fertilisation de démarrage (N+P), en lien avec les apports des cations sous forme d’engrais (K, Ca et Mg) ou d’amendement (Ca et Mg).

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.

La gestion de Phytophthora infestans, agent du mildiou de la pomme de terre, nécessite l’application d’une quinzaine de traitements par saison culturale. Pour réduire l’usage des fongicides, combiner résistance induite et résistance quantitative pourrait être une bonne stratégie. Elle nécessite cependant une meilleure connaissance des interactions entre les réponses physiologiques de Solanum tuberosum et l’écologie de P. infestans. Dans cet objectif, les réponses de défense induites chez la pomme de terre ont été confrontées aux traits d’histoire de vie et effecteurs de P. infestans. Quatre génotypes présentant différents niveaux de résistance ont été traités avec un filtrat de culture concentré (CCF) de P. infestans induisant la PAMP-triggered immunity (PTI). Des folioles détachées ont ensuite été inoculées avec des souches rapides ou lentes de P. infestans. Les expressions de 14 gènes de défense et de 6 effecteurs ont été analysée simultanément par qRT-PCR.Les symptômes de la maladie ont été mesurés classiquement ou par analyse d’images dans le visible et en fluorescence. Les résultats obtenus montrent que la réduction des symptômes après induction de la PTI est fonction du couple génotype-souche. En effet, l’efficacité des défenses induites par le CCF dépend des stratégies d’échappement (vitesse de croissance) ou d’adaptation (effecteurs) de P. infestans et du potentiel d’inductibilité du génotype (expression des protéines PR). Ainsi, pour optimiser l’utilisation de la résistante induite il serait nécessaire de sélectionner des génotypes inductibles et capables de modu / The management of Phytophthora infestans, responsible for potato late blight, requires the application of about 15 fungicide treatments per cropping season. To reduce the use of pesticides, combining induced resistance and quantitative resistance could be a positive strategy. However, this method requires a better understanding of the interactions between Solanum tuberosum physiological responses and P. infestans ecology. To this end, defense responses induced in potato have been opposed to the pathogen life history traits and effectors. Four potato genotypes with different resistance levels were treated with a concentrated culture filtrate (CCF) of P. infestans inducing PAMPtriggered immunity (PTI). Then, detached leaflets were inoculated with fast- or slow-growing strains of P. infestans.The expression of 14 defense genes and the expression of 6 effectors were analyzed simultaneously by qRT-PCR. Disease symptoms were measured either conventionally or by visible and fluorescence image analysis. The results obtained show that the reduction of symptoms after induction of PTI was specific to the genotype-strain pair. Indeed, the effectiveness of induced defenses by CCF depends on either the escape (growth rate) or adaptation (effectors) strategies of P. infestans and on the genotype inductibility potential (expression of PR proteins). Thus, to optimize the use of induced resistance, it would be necessary to breed inducible genotypes that are able to modulate strains growth rate.

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.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / L'emploi des champignons mycorhiziens arbusculaires dans la culture des pommes de terre représente une alternative intéressante pour diminuer la quantité d'engrais utilisée aux champs, en plus de protéger la plante contre le stress hydrique et les maladies. Cependant, l'effet de l'utilisation d'engrais minéraux et de fongicides sur la mycorhization de la pomme de terre n'est pas connu. Nous avons évalué les effets de l'application du fongicide Quadris® (Syngenta CA) à différentes doses d'engrais minéral sur le taux de mycorhization de Rhizophagus irregularis dans les plantes de pommes de terre. Lors d'un essai en serre, le taux de mycorhization du système racinaire et le rendement de plants de pommes de terre (variété Gold Rush) ont été analysés. Nos résultats suggèrent une efficacité optimale des concentrations d'engrais entre 75 et 100% des recommandations du Centre de Référence en Agriculture et Agroalimentaire du Québec (CRAAQ). À des concentrations d'engrais supérieures à 100%, on observe alors une diminution de la colonisation. Pour le rendement, on remarque une diminution lorsque la dose d'engrais est inférieure à 75% de la recommandation. La présence du fongicide nuit à la production de spores et induit une grande variation des taux de mycorhization. Comprendre l'effet des engrais minéraux et des fongicides sur l'efficacité de la mycorhization de la pomme de terre permettra d'optimiser la gestion agricole, entraînant une réduction des coûts et principalement une réduction de l'impact environnemental sur le système agroécologique.

Au Québec, la pomme de terre est cultivée sur des sols sableux favorisant les pertes par lixiviation de l’azote et du potassium. Selon le principe de réactions d’échanges cationiques, on a supposé que les doses et les sources d'azote puissent avoir un impact sur la lixiviation du potassium. Ainsi, une expérience a été menée, pendant trois années, dans un champ de pomme. Le dispositif expérimental est un bloc complet aléatoire de quatre répétitions constitué de 10 traitements qui sont un factoriel de trois sources d'azote (nitrate d’ammonium, sulfate d’ammonium et un engrais à libération lente) et trois doses (120, 200 et 280 kg N ha⁻¹) avec un traitement témoin. Des lysimètres ont été installés pour récupérer la solution du sol et doser sa concentration en potassium aux deux semaines. Les résultats ont révélé un effet non significatif de la source et de la dose de l'azote sur la lixiviation du potassium. Un modèle d’évolution de la lixiviation de potassium est obtenu pour aider les producteurs à mieux fractionner leurs engrais potassiques. Le bilan partiel de K montre une lixiviation nette pour les parcelles qui ont reçu une fertilisation azotée mais pas pour le témoin.

Cette étude a évalué in vitro l'effet de différents éléments minéraux sur la croissance et le développement de Helminthosporium solani, agent responsable de la gale argentée de la pomme de terre. Les résultats obtenus ont démontré que la source et la concentration d'éléments minéraux étudiés avaient une influence sur la croissance mycélienne et la production de conidies chez ce champignon. L'augmentation des concentrations d'azote et de calcium dans le milieu de culture a généralement diminué la croissance mycélienne mais stimulé la production de conidies viables, tandis que l'augmentation des concentrations de phosphore et de potassium a eu l'effet contraire. À la lumière des résultats obtenus, il apparaît évident que ces travaux pourraient trouver des applications dans la mise au point de milieux de culture favorables au développement de H. solani. Ils pourraient également présenter un intérêt pour l'élaboration de substrats répressifs envers la gale argentée de la pomme de terre.

Le doryphore de la pomme de terre (DPT), Leptinotarsa decemlineata (Say) est l'insecte ravageur qui cause les dommages les plus importants aux cultures de la pomme de terre. Jusqu'à présent, le principal moyen utilisé pour lutter contre ce ravageur est l'application régulière d'insecticides chimiques. Cependant, de nombreuses études ont démontré que le DPT développe au fil du temps une résistance accrue envers tous les produits chimiques utilisés pour sa répression. De plus, l'utilisation massive et incontrôlée de ces produits chimiques entraîne souvent la contamination de l'environnement et peut ainsi causer des problèmes de santé humaine. La lutte biologique contre le DPT à l'aide de l'insecte prédateur naturel, Perillus bioculatus, a été démontrée comme l'alternative la plus prometteuse aux insecticides chimiques à petite échelle, mais la littérature scientifique et technique sur les modes de manutention et d'introduction au champ des insectes prédateurs est presque inexistante. Dans le contexte d'une agriculture respectueuse de l'environnement, le défi majeur est alors de mettre en application l'utilisation de cet agent de lutte sur de grandes superficies en culture. L'objectif principal de ce travail de recherche était alors de définir les conditions adéquates de transport et d'entreposage à la ferme, à court terme, des larves du stade 2 du prédateur Perillus bioculatus. Les résultats obtenus ont confirmé qu'il est possible d'entreposer ces jeunes larves pour une durée de 8 jours à une température variant entre 9 et 15°C. De plus, il est possible de les conserver dans la noirceur pour une période allant jusqu'à 10 jours sans affecter de façon évidente leur survie ou leur développement physiologique.

Les invasions biologiques sont un fardeau économique important si elles affectent des ressources critiques pour l’alimentation, la sante humaine ou les productions agricoles. Les ravageurs de la pomme de terre sont un challenge économique important tant ce tubercule est un aliment clé dans les pays andins. Il est possible de suivre la dispersion récente de la teigne du Guatemala, T. solanivora en Amérique du Sud depuis son introduction au Vénézuela à sa propagation progressive vers le sud. Par ailleurs, les invasions récentes fournissent un modèle unique pour analyser les processus d’adaptation de tout l’écosystème receveur au nouveau venu. Cette introduction de T. solanivora et sa coexistence avec la teigne endémique Phthorimaea operculella, nous offre la possibilité d’étudier l’adaptation de populations virales inféodées à P. operculella au nouvel hôte T. solanivora. Une étude de terrain a été engagée dans les régions productrices de pomme de terre en Colombie. A partir des larves de T. solanivora collectées sur 5 sites distincts, des infections à granulovirus ont été détectées. Tous les isolats viraux sont apparentés au Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV) précédemment décrit. Des différences de pathogénicité envers les deux hôtes ont été observées. Une variabilité a été détectée pour certains isolats au niveau de deux marqueurs génétiques. Les populations présentant une diversité génétique s’avèrent plus pathogènes sur les deux hôtes que des populations génétiquement homogènes. Elles offrent une opportunité pour le contrôle biologique de ces ravageurs. Des populations artificielles ont été construites pour mimer des populations naturelles mélangées. Elles se comportent de la même manière d’un point de vue biologique, mais l’évolution de la fréquence des marqueurs n’est pas liée à l’efficacité biologique, ce qui suggère que des différences non détectées dans le génome pourraient être responsables de l’adaptation de l’hôte. La productivité des infections dans les deux hôtes a été étudiée car elle est la clé de voute du développement d’un agent de contrôle biologique. Les productivités sur P. operculella (1,36 à 2,69 × 108 OBs/ mg) et T. solanivora (0,48 à 3,64 × 108 OBs/mg) ne sont pas très différentes. Les populations génétiquement mélangées ne se distinguent pas des populations homogènes par leur production totale dans l’un ou l’autre des deux hôtes, cependant, les rendements (production virale/inoculum) montrent des différences claires, les populations mélangées (naturelles ou artificielles) sont plus performantes sur les deux hôtes. Aucune réduction de la pathogénicité sur l’hôte d’origine n’a été observée après plusieurs cycles de réplication de la population virale sur l’hôte alternatif. Les populations virales originellement adaptées à P. operculella ont évolué pour infecter T. solanivora. Dans les régions où les deux hôtes sont présents, les populations virales développent une stratégie pour être efficaces sur les deux hôtes. / Biological invasions constitute an important economical burden when they affect key resources for human alimentation, health or agronomic productions. Potato pests are important as this tuber is a key food source in Andean countries. The recent dispersion of the Guatemalan potato tuber moth, T. solanivora in South America can be traced back to the introduction in Venezuela, with progressive dispersion towards the South. Recent invasions provide, in addition, a unique model to analyse the process of adaptation of the whole receiving ecosystem to the new comers. This introduction of T. solanivora and its coexistence with the endemic potato tuber moth, Phthorimaea operculella offer us the possibility of studying the adaptation to T. solanivora of virus populations infeodated to the later. A survey has been carried out in the potato-producing regions of Colombia. From the T. solanivora larvae collected, granulovirus infections were detected in five different locations. All virus isolates are related to the previously described Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV). Differences in the pathogenicity against the two hosts were observed. Variability was detected in some isolates at two genetic markers. Genetically diverse populations appear to be more pathogenic for both hosts than genetically homogeneous populations. They provide a possible solution for the biological control of these insect pests. Artificial populations were constructed to mimic the mixed natural populations. They behave similarly from a biological point of view, but the evolution of the markers frequencies is not related to the biological efficacy, suggesting that undetected differences in the genomes could be responsible of this host adaptation. The productivity of the infections in both hosts has been studied as it constitutes a key point for the development of a biocontrol agent. The productivity in P. operculella (1.36 to 2.69 × 108 OBs/ mg) and T. solanivora (0.48 to 3.64 × 108 OBs/mg) are not very different. Genotypically mixed populations cannot be differentiated from homogeneous populations by their total production in one or the other host, however, the yields (virus output/doses to infect) show clear differences, mixed populations (natural or artificial) perform better in both hosts. No reduction in the pathogenicity for one host was observed after few cycles of replication of the virus population in the second host. Virus populations originally adapted to P. operculella had evolved to infect T. solanivora. In regions where both host are present, the populations developed a strategy to be efficient on both hosts.

L’hexokinase (HK) est la première enzyme du métabolisme des hexoses et catalyse la réaction qui permet aux hexoses d’entrer dans le pool des hexoses phosphates et donc par le fait même la glycolyse. Bien que le glucose soit son principal substrat, cette enzyme peut aussi phosphoryler le mannose et le fructose. Malgré son importance dans le métabolisme primaire, l’HK n’a jamais été purifiée à homogénéité sous forme native. Le but de ce travail était donc de purifier une isoforme d’HK à partir de tubercule de Solanum tuberosum et par la suite de caractériser ses propriétés cinétiques. Bien avant que je commence mon travail, un groupe de recherche avait déjà séparé et partiellement purifié trois isoformes d’HK de S. tuberosum. Un protocole d’extraction était donc disponible, mais l’HK ainsi extraite était peu stable d’où le besoin d’y apporter certaines modifications. En y ajoutant certains inhibiteurs de protéases ainsi qu’en modifiant les concentrations de certains éléments, le tampon d’extraction ainsi modifié a permis d’obtenir un extrait dont l’activité HK était stable pendant au moins 72h après l’extraction, en empêchant la dégradation. À l’aide du tampon d’extraction optimisé et d’une chromatographie sur colonne de butyl sépharose, il a été possible de séparer 4 isoformes d’HKs. Par la suite, une isoforme d’HK (HK1) a été purifiée à l’homogénéité à l’aide de 5 étapes de chromatographie supplémentaires. En plus de caractériser les propriétés cinétiques de cette enzyme, l’analyse de séquençage par MS/MS a permis de l’associer au produit du gène StHK1 de Solanum tuberosum. Avec une activité spécifique de 10.2 U/mg de protéine, il s’agit de l’HK purifiée avec l’activité spécifique la plus élevée jamais rapportée d’un tissu végétal.L’ensemble des informations recueillies lors de la purification de HK1 a ensuite été utilisée pour commencer la purification d’une deuxième isoforme (HK3). Ce travail a permis de donner des lignes directrices pour la purification de cette isoforme et certains résultats préliminaires sur sa caractérisation enzymatique. / Hexokinase (HK) catalyzes the first step of hexose metabolism by phosphorylating hexose to generate the corresponding hexose phosphate thereby allowing hexose entrance in glycolysis. Even though glucose is the main substrate, HK can also phosphorylate a broad spectrum of hexoses. Despite its importance this enzyme has never been purified to homogeneity in a native form. The aim of this work was therefore to purify this enzyme from Solanum tuberosum tubers and subsequently characterize its kinetic properties. Before I started this work, another group had already separated and partially purified 3 HK isoform from S. tuberosum. An extraction protocol was available but improvement was necessary since the extracted HK had little stability. By adding some protease inhibitors and by modifying the concentration of certain components in the extraction buffer we were able to obtain an extract with a HK activity stable for at least 72 h after extraction by preventing degradation. With this buffer and chromatography on butyl sepharose it was possible to separate 4 HK isoforms from S. tuberosum. After 5 more chromatographic steps, one HK isoform was purified to homogeneity (HK1). This enzyme was characterized and sequenced by MS/MS. We were able to associate this protein sequence with the gene product of StHK1 from S. tuberosum. With a specific activity of 10.2 U/mg of protein, this is the HK with the highest specific activity ever reported from a plant tissue. All the information gathered while purifying HK1 was used to undertake the purification of a second isoform (HK3). We were able to obtain preliminary results on its kinetic properties.