Th. doct. ing.--Agron.--Montpellier--Ec. nati. sup. agron, 1983. / Titre général : " Bulletin IRCC ", vol. 17. Bibliogr. p. 113-121.

Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la corrosion marine des structures en acier. Ces mécanismes impliquant l'influence de micro-organismes vivants, et notamment des bactéries sulfurogènes, l'étude a couplé des méthodes physico-chimiques à des techniques de microbiologie et de biologie moléculaire. Dans un premier temps, un système modèle de laboratoire a été élaboré afin d'étudier en détail les interactions entre les bactéries sulfato-réductrices (BSR) et le principal produit de la corrosion électrochimique des aciers en milieu marin, à savoir la rouille verte sulfatée RV(SO42-). Nous avons ainsi pu reproduire une partie des mécanismes mis en jeu, en montrant que les BSR pouvaient se développer en consommant les ions SO42- issus de la rouille verte et générer ainsi la mackinawite FeS observée sur sites. Dans un deuxième temps, l'évolution de la couche composite " rouille/biofilm " se formant sur acier en milieu marin a été suivie pour des temps courts d'immersion, allant de 1 semaine à deux mois. Le suivi simultané des données microbiologiques et physicochimiques a permis de montrer que l'influence des BSR ne se faisait pratiquement pas sentir à ce stade. Cependant, le développement préférentiel de bactéries associées au fer et au soufre au sein de la couche de rouille a pu être mis en évidence. Par ailleurs, très localement, le processus influencé par les BSR a été détecté. Enfin, une étude électrochimique en solutions désaérées simulant l'eau de mer a été confrontée aux résultats de l'analyse physico-chimique et microbiologique d'un coupon immergé 11 ans en milieu portuaire. L'ensemble des résultats montrent que RV(SO42-) se forme également lorsque des conditions anoxiques sont établies à la surface du métal. La formation de RV(SO42-) entre cependant en compétition avec celle de FeS et Fe3O4 suite aux modifications du milieu que peuvent engendrer les micro-organismes. A ces temps d'immersion long, l'influence des bactéries semblent néanmoins s'amoindrir, les micro-organismes tendant à s'éloigner des strates internes de la couche de rouille et donc du métal pour coloniser des zones externes plus riches en substances nutritives.

La rouille orangée du caféier causée par le champignon biotrophe Hemileia vastatrix (Berk et Br.) est la maladie la plus dévastatrice du caféier (Coffea arabica L.). La résistance à la rouille dans l'espèce allotétraploïde C. arabica semble jusqu'à présent conditionnée principalement par 9 facteurs de résistance majeurs (SH1-SH9), seuls ou en combinaison. Les variétés d'Arabica contenant le facteur de résistance SH3 introgressé d'une espèce de caféier sauvage (C. liberica) ont démontré une résistance durable au champ. L'objectif principal de ce travail était d'étudier l'organisation génomique, l'évolution et la diversité du locus SH3 chez le caféier et parallèlement de développer des outils permettant la validation fonctionnelle des gènes candidats pour la résistance à la rouille. Comme Une carte physique couvrant la région SH3 a tout d'abord été construite chez C. arabica et la position du locus de résistance a été délimitée dans un intervalle de 550 kb. La région a été séquencée chez trois génomes de caféier, Ea et Ca sous-génomes de C. arabica et Cc génome de C. canephora. L'analyse des séquences a révélé la présence d'un nombre variable de membres de la sous-classe CC-NBS-LRR ; ces gènes semblant être exclusivement présents à ce locus chez C. arabica. L'analyse génomique comparative indique que i) l'origine de la plupart des copies SH3-CNL est antérieure à la divergence entre les espèces de Coffea, ii) la copie ancestrale SH3-CNL a été insérée dans le locus SH3 après la divergence entre les Solanales et Rubiales. En outre, les mécanismes de duplication, délétion, conversion génique et de sélection positive semblent être les principales forces qui déterminent l'évolution des membres de la famille SH3-CNL. Différentes approches ont été entreprises pour le clonage des gènes candidats de résistance à la rouille. En parallèle, un protocole très efficace de transformation par Agrobacterium tumefaciens a été développé chez le caféier. Des plantes transgéniques contenant l'un des gènes R candidats ont été produites et acclimatées. Le bio-essai pour évaluer la résistance à H. vastatrix a été mis au point. La mise en place de protocoles efficaces pour le clonage des gènes de résistance et la transformation génétique ouvre la voie à la génomique fonctionnelle en routine chez le caféier. L'amélioration des connaissances sur la diversité des gènes de résistance à la rouille permettra l'optimisation des schémas de sélection pour la résistance durable à cette maladie majeure du caféier. / Coffee leaf rust (CLR) caused by the biotrophic fungus Hemileia vastatrix (Berk and Br.) is the most devastating disease of Arabica coffee (Coffea arabica). Resistance to CLR in its allotetraploid species appears so far conditioned primarily by 9 major resistance factors (SH1-SH9) either singly or in combination. Arabica varieties harboring the SH3 resistant factor introgressed from a wild coffee species (C. liberica) have demonstrated agronomical acceptable durable resistance in field conditions. The main objective of this work was to study the genomic organization, evolution and diversity of SH3 locus in coffee and in parallel to develop tools for functional gene validation of resistance candidate genes to CLR. As the first step, a physical map spanning the SH3 region in C. arabica was constructed and the position of the resistance locus was delimited within an interval of 550 kb. The region was completely sequenced in three coffee genomes, Ea and Ca subgenomes from C. arabica and Cc genome from C. canephora. Sequence analysis revealed the presence of a variable number of members CC subclass of NBS-LRR genes thatappeared to be exclusively present at this locus in C. arabica. Comparative genomic analysis indicated that i) the origin of most of the SH3-CNL copies predates the divergence between Coffea species ii) the ancestral SH3-CNL copy was inserted in the SH3 locus after the divergence between Solanales and Rubiales lineages. Furthermore, duplications, deletions, gene conversion and positive selection appeared as the main forces that drive SH3-CNL evolution. Different approaches have been undertaken to clone candidate genes to CLR. In parallel, a highly efficient and reliable Agrobacterium tumefaciens-mediated protocol was established for coffee. Transgenic plants containing one of the candidate gene were successful produced and acclimated into the greenhouse. The preliminary bioassay against H. vastatrix was achieved. The setting-up of efficient protocols for cloning resistance genes and for genetic transformation paves the way for routine functional genomics in coffee. The better knowledge on CLR resistance gene diversity would allow optimization of breeding schemes for durable resistance to this major coffee disease.

Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la corrosion marine des structures en acier. Ces mécanismes impliquant l’influence de micro-organismes vivants, et notamment des bactéries sulfurogènes, l’étude a couplé des méthodes physico-chimiques à des techniques de microbiologie et de biologie moléculaire. Dans un premier temps, un système modèle de laboratoire a été élaboré afin d’étudier en détail les interactions entre les bactéries sulfato-réductrices (BSR) et le principal produit de la corrosion électrochimique des aciers en milieu marin, à savoir la rouille verte sulfatée RV(SO42-). Nous avons ainsi pu reproduire une partie des mécanismes mis en jeu, en montrant que les BSR pouvaient se développer en consommant les ions SO42- issus de la rouille verte et générer ainsi la mackinawite FeS observée sur sites. Dans un deuxième temps, l’évolution de la couche composite « rouille/biofilm » se formant sur acier en milieu marin a été suivie pour des temps courts d’immersion, allant de 1 semaine à deux mois. Le suivi simultané des données microbiologiques et physicochimiques a permis de montrer que l’influence des BSR ne se faisait pratiquement pas sentir à ce stade. Cependant, le développement préférentiel de bactéries associées au fer et au soufre au sein de la couche de rouille a pu être mis en évidence. Par ailleurs, très localement, le processus influencé par les BSR a été détecté. Enfin, une étude électrochimique en solutions désaérées simulant l’eau de mer a été confrontée aux résultats de l’analyse physico-chimique et microbiologique d’un coupon immergé 11 ans en milieu portuaire. L’ensemble des résultats montrent que RV(SO42-) se forme également lorsque des conditions anoxiques sont établies à la surface du métal. La formation de RV(SO42-) entre cependant en compétition avec celle de FeS et Fe3O4 suite aux modifications du milieu que peuvent engendrer les micro-organismes. A ces temps d’immersion long, l’influence des bactéries semblent néanmoins s’amoindrir, les micro-organismes tendant à s’éloigner des strates internes de la couche de rouille et donc du métal pour coloniser des zones externes plus riches en substances nutritives. / The aim of this study was to understand the mechanisms involved in marine corrosion of steel structures. These mechanisms are known to be influenced by micro-organisms, in particular by the sulphide-producing bacteria. It was then necessary to couple physico-chemical investigations with techniques of microbiology and molecular biology. In the first part of this work, a laboratory model was designed so as to study the interactions between sulphate-reducing bacteria (SRB) and the main product of the electrochemical corrosion process of iron in seawater, the sulphated green rust, GR(SO42-). We demonstrated that SRB could grow using only the SO42- ions coming from the green rust, thus generating mackinawite FeS as observed in real marine corrosion cases. In the second part, the evolution of the “rust/biofilm” layer that forms on steel in natural seawater was followed for short immersion times, from 1 week to 2 months. The simultaneous monitoring of microbiological and physico-chemical data showed that the influence of SRB was negligible at those early stages. However, the preferential growth of bacteria associated with iron and sulphur could be detected. Moreover, the process influenced by SRB could be detected locally in one case. Finally, in the third part of this work, an electrochemical study of carbon steel in deaerated seawater-like solutions was compared to the results of the physico-chemical and microbiological characterisation of a steel coupon left 11 years in a harbour site. All the results showed that GR(SO42-) was also forming when anoxic conditions were met at the steel surface. The formation of GR(SO42-) however competes with that of FeS and Fe3O4 due to the modifications of the environment induced by micro-organisms. For such long immersion periods, the influence of bacteria seems to decrease. The micro-organisms tend to move away from the inner parts of the rust layer, and then from the metal, to settle the outer parts where more nutrients are available.

Thèse (M.Sc)--Université Laval, 1998. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Les espèces fongiques du genre Melampsora sont responsables de la rouille du peuplier, maladie importante en populiculture. La définition et la reconnaissance de ces espèces sont essentielles pour assurer des prises de décision rapides et efficaces en cas d’introduction ou de propagation de ces pathogènes. Tout d’abord, cette thèse fait le bilan de 170 ans de descriptions taxonomiques pour les espèces du genre Melampsora identifiées sur peuplier. L’analyse des publications scientifiques met en évidence le problème de la définition du terme ‘espèce’ au sein du genre Melampsora ainsi que les difficultés de reconnaissance pour les espèces et formes spéciales définies avec des critères taxonomiques traditionnels. Ensuite, le potentiel de 14 gènes mitochondriaux est évalué pour leur utilisation en tant que code-barres génétique, un outil de taxonomie moléculaire utilisé pour différencier les espèces. Seulement 3 des 14 gènes étudiés in silico présentent toutes les caractéristiques d’un code-barres génétique idéal. Évalués in vivo, aucun gène mitochondrial n’apparait meilleur que les loci ribosomaux déjà utilisés en taxonomie moléculaire pour le règne fongique. Puis, l’étude par code-barres génétique des différentes espèces du genre Melampsora identifiées sur les peupliers de la section Populus confirme ces résultats. Le locus ribosomique correspondant à l’espaceur interne transcrit (ITS) apparait comme le code-barres génétique le plus performant pour différencier les espèces et formes spéciales du complexe Melampsora populnea. De plus, cette étude a permis de révèler la distance génétique existante entre différentes espèces jusqu’à maintenant considérées comme synonymes, ainsi que de nombreuses erreurs d’identification au sein des herbiers nationaux canadiens. Ces résultats soulignent la nécessité d’une approche moléculaire, complémentaire à la taxonomie actuelle, pour permettre une définition plus robuste des espèces fongiques responsables de la rouille du peuplier. Enfin, l’étude de concordance généalogique de 4 régions génétiques indépendantes (ADN ribosomique, ADN mitochondrial et 2 gènes nucléaires codants) permet de définir les barrières existantes entre ces espèces au niveau phylogénétique. Les résultats de cette étude indiquent une probable coévolution entre les espèces du genre Melampsora et leur hôte écidien confirmant l’importance de l’identité de cet hôte dans la délimitation naturelle des espèces responsables de la rouille du peuplier. / Poplar rust species, belonging to the genus Melampsora, are considered the most important poplar disease. In case of introduction and/or propagation of these pathogens, species definition and recognition are critical steps in determining rapid and efficient management options. First, this thesis work reviewed 170 years of taxonomical descriptions for Melampsora species identified on poplar. This analysis of peer-reviewed publications showed uncertainties in the Melampsora species concept and difficulties in species and formae speciales recognition using traditional taxonomical criteria. Despite the development of molecular tools, recognition at the species level and evolutionary relationships among poplar Melampsora taxa remain obscure. Thus, 14 mitochondrial genes were evaluated as potential DNA barcodes, a recent popular molecular taxonomic tool proposed to identify species. Assessed in silico, only 3 out of the 14 genes showed all characteristics for an optimal DNA barcode. Moreover, biological validation indicated that no single mitochondrial gene gave a better taxonomic resolution than ribosomal loci, regions already widely used in fungal molecular taxonomy. A molecular approach, applied to Melampsora species identified on poplars from the botanical section Populus, confirms these previous results. A DNA barcode obtained from the ribosomal internal transcribed spacer (ITS) sequence provided the most accurate results for identifying and resolving taxa among Melampsora populnea, a taxonomical challenging species complex found on white poplars. Moreover, this DNA barcode approach provided evidence for genetic distance between two different species considered as synonymous and highlighted species misidentifications in specimens from Canadian national herbaria. These results confirmed the need for a molecular approach, in complement to previous taxonomical descriptions, to achieve a robust species definition among the poplar rusts. Finally, phylogenetic species boundaries were defined using genealogical concordance of four independent gene regions (ribosomal DNA, mitochondrial DNA, and 2 nuclear coding genes). The phylogenetic relationships revealed a potential co-evolution between Melampsora species and their alternate host (aecial host) and confirmed the importance of this criterion in natural poplar rust species delineation.

Cette recherche visait le développement de marqueurs génétiques codants pour Cronartium ribicola, agent causal de la rouille vésiculeuse du pin blanc (RVPB), sans biais pour les populations de l’Est ou de l’Ouest de l’Amérique du Nord. Huit marqueurs ont permis de génotyper 80 individus à l’aide de la technique SSCP (Single-Strand Conformation Polymorphism) et ainsi d’étudier la variabilité génétique à l’intérieur de ces populations. Cette étude a confirmé la présence d’une barrière au flux génique entre les populations situées à l’est et à l’ouest des Prairies, des populations à l’est des Rocheuses s’étant groupées avec les populations de l’Ouest. La différentiation génétique présente entre les populations de l’Est et de l’Ouest est hautement significative et la diversité nucléotidique est trois fois supérieure chez les populations de l’Est. De plus, un hybride entre C. ribicola et Cronartium comandrae, agent causal de la rouille-tumeur oblongue, est rapporté pour la première fois. / The goal of this research was to develop coding genetic markers for the white pine blister rust (WPBR) causal agent, Cronartium ribicola, without bias for populations from eastern or western North America. Eight markers were used to genotype 80 individuals, using the SSCP (Single-Strand Conformation Polymorphism) technique, allowing to study genetic variability within these populations. This study confirmed the presence of a barrier to gene flow between populations located east and west of the Prairies, populations from the Rockies having grouped with western populations. The genetic differentiation between eastern and western populations is highly significant and nucleotide diversity was three times higher in eastern populations. Furthermore, an hybrid between C. ribicola and Cronartium comandrae, causal agent of comandra blister rust, is reported for the first time.

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La maladie de la rouille foliaire du peuplier, causée par le basidiomycète Melampsora larici-populina (Mlp) cause des dégâts importants dans les peupleraies européennes. Le séquençage du génome de la souche 98AG31 de Mlp a ouvert de nouvelles perspectives pour l'identification de déterminants géniques impliqués dans le processus infectieux du champignon et notamment ceux codant des effecteurs fongiques capables de manipuler la structure et le fonctionnement de la cellule hôte pour assurer le succès de l'infection. L'analyse du transcriptome du champignon au cours des différentes phases du processus infectieux, basée sur l'utilisation de puces à oligonucléotides NimbleGen ou le séquençage massifs d'ESTs, a permis d?identifier des gènes marqueurs de la germination, de la phase de croissance biotrophe et de la sporulation du champignon. Nous avons notamment pu montrer l'induction importante de nombreux gènes codant des petites protéines sécrétées (SSPs) au cours de la phase biotrophe à 96 hpi heures post-inoculation (hpi) ainsi qu'au sein du parenchyme lacuneux à 168 hpi par microdissection à capture laser. L?analyse fine du sécrétome de Mlp, basée sur l'annotation, l'évolution et l'expression des gènes codant des SSPs a permis de mettre à jour des effecteurs candidats. Certains, spécifiquement exprimés in planta ou présentant des homologies de séquence avec des effecteurs de rouilles ont été localisés au niveau de l'haustorium. De manière intéressante, d'autre gènes candidats appartenant à des familles multigéniques sous pression de sélection positive, sont riches en cystéines, spécifiquement exprimés in planta et possèdent un motif de translocation potentiellement impliqué dans l'export de l'effecteur dans la cellule hôte. Ce travail d'analyse fine des effecteurs potentiels d'un agent de rouille à l'échelle génomique va contribuer à l'amélioration des connaissances sur la biologie de ces champignons biotrophes et contribuera à faciliter la recherche de nouvelles méthodes de lutte contre la maladie / The leaf rust disease caused by Melampsora larici-populina (Mlp) is the main disease affecting poplar plantations in Europe with severe economic losses. The recent sequencing of the genome of Mlp (strain 98AG31) opens new perspectives to identify key genes involved in the fungal infection process and particularly those encoding fungal effectors that could manipulate host cell structure and function to facilitate host colonization. Analysis of the rust transcriptome during time course infection of poplar leaves, based on NimbleGen oligoarrays and massive EST sequencing led to the identification of genes related to fungal germination, biotrophy and sporulation. A consistant induction of genes encoding small-secreted proteins (SSPs) was observed during the biotrophic growth at 96 hours post-inoculation (hpi) but also at 168 hpi in the palisade mesophyll using laser capture microdissection. Mlp Secretome analysis, based on annotation, evolution and expression of genes encoding SSPs helped in identifying candidate poplar rust effectors. Some, specifically expressed in planta or showing homologies with known rust effectors were localized around the haustorium. Interestingly, other candidate genes, belonging to multigenic families under diversifying selection are cystein-rich, specifically expressed in planta and harbour a translocation signal potentially involved in effector export inside host cell. This genome-wide analysis of putative fungal effectors will contribute to the general knowledge of rust biology and will help to set new approaches to prevent and control the disease

Les rouilles vertes sont des hydroxysels mixtes Fe(II)-Fe(III) présents dans les sols hydromorphes sous forme de fougérite. Elles sont connues pour être capable de réduire des polluants organiques et métalliques. Les rouilles vertes peuvent être produites à partir de la bioréduction de lépidocrocite [gamma]-FeOOH par Shewanella putrefaciens, une bactérie ferriréductrice. En vue de comprendre leur formation dans l'environnement et d'utiliser leur réactivité dans la mise en place, à terme, d'un système de dépollution des sols et des eaux (colonne de sable), nous avons étudié leur formation dans un système en batch en présence d'une phase siliceuse (sable et acide silicique) et en présence de polymères organiques synthétiques (polyacrylate PAA et polyacrylamide PAM) afin de mimer la présence des corps bactériens. La silice est les polymères apparaissent comme de bons agents stabilisateurs, favorables à la formation des rouilles vertes. Les rouilles vertes formées en présence de ces agents stabilisateurs conservent leur capacité réductrice vis-à-vis d'un polluant organique, le rouge de méthyle et d'un polluant métallique, le mercure Hg2+. Nous avons ensuite transposé notre système en batch dans une colonne de sable + lépidocrocite [gamma]-FeOOH, soumise à un régime hydrodynamique. Nous avons réussi à former et à caractériser une rouille verte comme minéral secondaire de la bioréduction de la lépidocrocite par Shewanella putrefaciens / Green rusts are mixed species Fe(II)-Fe(III) present in hydromorphic soils as fougerite. They are capable to reduce organic and metallic pollutants. Green rusts may be produced from the bioreduction of lepidocrocite [gamma]-FeOOH by Shewanella putrefaciens, a dissimilatory iron reducing bacteria. In order to understand their formation routes in the environment and eventually, use their reactivity in a system for soil and water remediation (sand column), we studied their formation in a batch system with silica phase (quartz sand and silicic acid) and with two organic polymers (PAA polyacrylate and polyacrylamide PAM).The silica polymers appear to be good stabilizers, favorable to the formation of green rusts. Green rusts formed in the presence of the stabilizing agents retain their reductive capacity toward an organic pollutant, methyl red and a metallic pollutant, mercury Hg2+. Then, we have transposed our system in a flow through column of sand + lepidocrocite [gamma]-FeOOH. The carbonate green rust was formed and identified as secondary mineral of lepidocrocite bioreduction by Shewanella putrefaciens