The purpose of this investigation was to evaluate the possible taxonomic significance of the "rodlet" patterns and spore wall configurations of conidia from monosporous cultures of Penicillium digitatum Saccardo and Aspergillus nidulans Eidam var. echinulatus Fennell & Raper. Freeze-etching the conidiospores from single spore isolates of these fungi revealed that spore wall patterns and configurations vary much too greatly to be of taxonomic importance on the strain and subspecies level. Environmental factors and genetic influences are discussed as possible mechanisms causing the variations of the spore wall configurations. A membrane-like structure that covers the "rodlet" patterns and which hinders spore surface investigations of conidia of these fungi is discussed.

Dormant Tilletia caries teliospores in fixative solution or distilled water were frozen onto specimen chucks of an FTS Sorvall- Christensen frozen thin sectioner and cut or fractured at various temperatures (-20 to -75 C) and thickness settings (10, 15, 20, and 25 um). Cytoplasm of dormant spores was well preserved and organelles were found to differ from those of germinated spores in morphology. Irregular electron dense and electron opaque areas of lipid bodies were sometimes evident in dormant and germinating Tilletia caries teliospores. When dormant teliospores were sectioned in buffered fixative, lipids had an appearance similar to lipids in thin sections of germinated teliospores. When dormant and germinating teliospores were sectioned in frozen distilled water and subsequently fixed, "mop-like" structures were evident. The "mop-like" structures were made up of a lamellar substructure with 6-10 nm center-to-center spacing. Lipid bodies of dormant and germinating teliospores often appear to have half-unit membranes surrounding them.

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Thesis (MSc)--University of Stellenbosch, 2006. / ENGLISH ABSTRACT: It is known that many hyphomycetous fungi are dispersed by wind, water and insects. However, very little is known about how these fungi may differ from each other regarding their ability to be disseminated by different environmental vectors. Consequently, to obtain an indication of the primary means of spore dispersal employed by representatives of the genera Acremonium, Aspergillus and Penicillium, isolated from soil and indoor environments, we monitored spore liberation of cultures representing these genera in an airflow cell. The experimental data obtained, of plate counts conducted of the air at the outlet of the airflow cell, were subjected to an appropriate analysis of variance (ANOVA), using SAS statistical software. Intraspecific differences occurred regarding aerial spore release. Under humid conditions, however, Penicillium species were more successful in releasing their spores than Aspergillus and the Acremonium strain. Under desiccated conditions the Aspergillus took longer to release their spores than representatives of Acremonium and Penicillium. The taxa that were investigated did not differ from each other regarding the release of spores in physiological salt solution (PSS). Although not proven, indications are that water may act as an important dispersion agent for these fungi, because washing of cultures with PSS resulted in all cases in an immediate massive release of colony forming units. Subsequently, using standard plate count techniques, conidial adhesion of the fungi mentioned above to synthetic membranes, leaf cuttings and insect exoskeletons differing in hydrophobicity and electrostatic charge were investigated. We found that the different genera showed different adhesion profiles for the series of test surfaces, indicating differences in physico-chemical characteristics of the fungal spore surfaces. In general, the Penicillium strains showed a greater ability to adhere to the test surfaces, than the aspergilli, while the representative of Acremonium showed the least adherence. No significant difference in the percentage spore adhesion was found between hydrophobic and hydrophilic materials. Furthermore, evidence was uncovered supporting the contention that, under dry conditions, electrostatic surface charges play a role in the adherence of fungal spores to surfaces, because adherence was positively correlated (Correlation coefficient = 0.70898, p = 0.001) to positive electrostatic charges on the lamellar surfaces. In the next part of the study, standard plate count methods were used to determine the relative adhesion of the above mentioned hyphomycetous fungi, as well as a polyphyletic group of yeasts, to the test surfaces submerged in 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0). As was found with the experiments with the dry surfaces, both intraspecific and intergenus differences were uncovered. Overall, the fungi adhered better to hydrophilic surfaces than to hydrophobic surfaces. This indicated that the fungal surfaces were covered with relatively hydrophilic compounds such as carbohydrates. Subsequently, it was demonstrated that all the fungi adhered to plasma membrane glycoprotein coated polystyrene and the presence of fungal carbohydrates on the surfaces of the fungal propagules was confirmed using epi-fluorescence microscopy. Differences in the strategy of the fungal genera to release their airborne spores, as well as differences in their adhesion profiles for the series of test materials, may be indicative of a unique environmental niche for each genus. In future, this phenomenon should be investigated further. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hifomisete fungi is daarvoor bekend om te versprei deur middel van wind, water, en insek vektore. Maar nietemin, daar is bykans geen kennis m.b.t. hoe hierdie fungi van mekaar verskil t.o.v. hul vermoë om versprei te word deur omgewings vektore nie. Gevolglik was spoorvrystelling van kulture, verteenwoordigend van die genera Acremonium, Aspergillus en Penicillium gemoniteer om ‘n aanduiding te kry van primêre wyse van spoorverspreiding waardeur verteenwoordigers van die onderskeie genera ingespan word. Eksperimentele data ingewin, vanaf plaat tellings wat uitgevoer was op lug afkomstig vanuit die uitlaat-klep van die lugvloei kapsule, was onderwerp aan ‘n toepaslike analise van afwyking (ANOVA), deur gebruik te maak van ‘n SAS statistiese pakket. Intraspesie verskille is waargeneem t.o.v. lug spoorvrystelling. Desnieteenstaande was Penicillium meer suksesvol onder vogtige kondisies t.o.v. spoorvrystelling in vergelyking met Aspergillus en die Acremonium stam. Onder droë kondisies het verteenwoordigers van Aspergillus langer geneem om hul spore vry te stel as verteenwoordigers van onderskeidelik, Penicillium en Acremonium. Geen verskille was waargeneem m.b.t. spoorvrystelling in fisiologiese soutoplossing (FSO) tussen die verskillende filogenetiese stamme nie. Alhoewel dit nie bewys is nie, wil dit voorkom asof water as belangrike verspreidingsagent van die betrokke fungi dien, aangesien die spoel van kulture met FSO tot ‘n oombliklike enorme vrystelling van kolonie-vormende eenhede gelei het. Gevolglik, deur gebruik te maak van standaard plaattellings tegnieke, was spoor aanhegting van bogenoemde fungi aan sintetiese membrane, blaar snitte en insek eksoskelette wat verskil in terme van hidrofobisiteit en elektriese lading, ondersoek. Daar was gevind dat die aanhegtingsprofiele m.b.t. hierdie reeks toetsoppervlaktes van die verskillende genera verskil, wat op sigself ‘n aanduiding was van verskille in fisieschemiese eienskappe van die swamspoor oppervlaktes. Penicillium stamme het ‘n hoër aanhegtings vermoë aan die toetsoppervlaktes getoon as die aspergilli, terwyl die verteenwoordiger van Acremonium die laagste aanhegting getoon het. Geen betekenisvolle verskille i.t.v. persentasie spoor aanhegting was gevind tussen hidrofobiese en hidrofiliese oppervlakte nie. Daarbenewens was die argument dat spoorvrystelling onder droë kondisies beïnvloed word deur elektrostatiese oppervlak ladings, bevestig deur ons bevindinge, want aanhegting het positief gekoreleer (Korrelasie koëffisient = 0.70898, p = 0.001) met positiewe ladings op die oppervlaktes. ‘n Standaard plaattellingstegniek was aangewend in die volgende fasset van die studie om die relatiewe aanhegting van bogenoemde hifomisete fungi, sowel as ‘n polifilitiese groep giste aan die toetsoppervlaktes, gedompel in 10 mM natrium fosfaat buffer (pH 7.0) vas te stel. Intraspesie en intragenus verskille was weereens waargeneem, net soos in die geval van die eksperimente met die droë oppervlakte. In die algemeen het die swamme baie beter geheg aan hidrofiliese oppervlaktes in vergelyking met hidrofobiese oppervlakte. Dit was ‘n aanduiding dat die swamspoor oppervlaktes bedek was met relatiewe hidrofiliese verbindings bv. koolhidrate. Verder was daar bewys dat alle swamme ingesluit in hierdie studie die vermoë het om plasmamembraan glikoproteïn bedekte polistireen te bind, en gevolglik was die teenwoordigheid van van koolhidrate op die swamspore bevestig m.b.v epi-fluoresensie mikroskopie. Verskille in die strategie van swamme om spore in die lug vry te stel, sowel as verskille in die aanhegtingsprofiele vir ‘n reeks toetsmateriale, mag net ‘n aanduiding wees van ‘n unieke omgewings nis vir elke genus wat in hierdie studie ondersoek is. Hierdie verskynsel moet dus in die nabye toekoms nagevors word.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2003. / Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xvii, 275 p.: ill. Includes abstract and vita. Advisor: W.I. Ausich, Dept. of Geological Sciences. Includes bibliographical references (p. 186-208).

La hernie est une maladie racinaire affectant les Brassica, causée par Plasmodiophora brassicae. Le déploiement de variétés présentant des facteurs génétiques de résistances est le moyen de lutte principal contre cette maladie. Toutefois, l’efficacité de ces variétés résistantes dans les nouveaux systèmes d’agriculture durable, à bas intrant azoté, est encore à évaluer. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes : i) La modulation de la résistance à la hernie par la réduction de l’apport azoté est-elle génotype/isolat dépendante ? ii) Y-a-t-il un effet de la réduction des apports azotés sur l’architecture génétique de la résistance à la hernie chez le colza ? iii) Quels sont les réponses transcriptomiques et métabolomiques impliquées dans la réduction du développement des symptômes en condition de carence azotée ? Le criblage de la réponse de nombreux génotypes de colza vis-à-vis de plusieurs isolats de P. brassicae a été réalisé dans deux conditions de fertilisation azotée (8 mM et 1 mM de nitrate). Basé sur ces expériences, le contrôle génétique du développement des symptômes et de la production des spores de repos lors de l’infection par deux isolats (eH et K92-16) a été étudié par génétique de liaison chez une population biparentale et par génétique d’association chez un panel de colza d’hiver. Enfin, les réponses moléculaires impliquées dans la réduction du développement des symptômes observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM ont été étudiées par des méthodes de RNA-seq et de métabolomique. L’impact de la fertilisation azotée sur la quantité de symptômes et la production de spores de repos est variable selon la combinaison génotype/isolat. Les modulations observées entraînent une augmentation de la résistance en condition 1mM. La fertilisation azotée module également l’effet (R2) de certains des Quantitative Trait Loci (QTL) impliqués dans la résistance. Dans le cas de l’isolat eH, elle affecte principalement l’effet des QTL C09 et C02. L’augmentation de résistance observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM, vis-à-vis de l’isolat eH, semble liée à la surexpression de gènes impliqués dans l’assimilation des nitrates (famille NRT2) et dans le transport de l’auxine. / Clubroot is a Brassica root disease caused by Plasmodiophora brassicae. The use of varieties including genetic resistance factors is the most efficient strategy to manage clubroot disease. However, efficiency of these resistant varieties newly integrated in low-input agricultural systems (especially low nitrogen input) needs to be evaluated. In this context, the research questions investigated in this thesis are: i) Is clubroot resistance modulation by nitrogen fertilization genotype/isolate dependent? ii) Is there an effect of nitrogen fertilization reduction on the genetic architecture of clubroot resistance in rapeseed? iii) What are the transcriptomic and metabolomic responses implicated in symptom reduction under low nitrogen fertilization? To answer these questions, clubroot responses of several rapeseed genotypes were screened using different P. brassicae isolates under two nitrogen fertilizations (8mM and 1mM of nitrate). Based on this experiment, genetic control of symptom development and resting spore production during inoculation using two isolates (eH and K92-16) was studied by linkage analyses using a bi-parental population and by genome wide association using a winter rapeseed diversity set. Last, molecular responses implicated in symptom development, observed in ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, were studied using RNA-seq and metabolomic methods. We revealed that impact of nitrogen fertilization on symptom quantity and resting spore production are dependent to genotype/isolate combination. Modulations observed were characterized by an increase of resistance under 1mM condition. Additionally, nitrogen fertilization modulates also the effect (R²) of some Quantitative Trait Loci implicated in clubroot resistance (QTL). Using eH isolate, nitrogen fertilization principally impacts C09 QTL and C02 QTL effects. Ultimately, increase of resistance observed on ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, using eH isolate, seems to be related with overexpression of genes implicated in nitrate assimilation (NRT2 family) and auxin transport.

Les pommiers sont la cible de nombreux ravageurs et maladies fongiques, à l’origine de pertes économiques importantes. Les agriculteurs sont dans l’obligation de traiter les micro-organismes responsables des maladies fongiques, notamment à l’aide de pesticides. Les produits phytosanitaires sont aujourd’hui très controversés. Ainsi, les pouvoirs publics, français et européens, contrôlent leur emploi par de nombreuses règlementations. Par conséquent, il apparaît nécessaire de proposer une alternative peu rémanente permettant de contrôler le développement fongique. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’efficacité d’une alternative innovante basée sur l’emploi d’eau chargée en ozone contre quatre espèces fongiques à l’origine des principales maladies du pommier : Venturia inaequalis, Botrytis cinerea, Neofabraea alba et Phytophthora syringae. Dans un premier temps, ce travail de thèse a permis de vérifier l’action anti-fongique de l’ozone sur les suspensions de spores des quatre espèces fongiques ainsi que sur différents stades de développement des spores de V.inaequalis. Il a été mis en évidence une différence de sensibilité selon l’espèce et le stade de développement considérés. Par ailleurs, l’altération de la membrane sous l’action de l’ozone a été observée par plusieurs expérimentations : quantification du degré de peroxydation des phospholipides membranaires, observations des spores au Microscope Electronique à Balayage et au Microscope Optique après colorations. Dans un second temps, l’effet de l’eau chargée en ozone a été évalué sur des jeunes plants de pommiers préalablement contaminés par les spores de V.inaequalis. Cette étude a confirmé l’action anti-fongique de l’eau chargée en ozone. Il a également été observé l’importance des quantités d’eau et d’ozone apportées qui doivent être maîtrisées pour optimiser l’efficacité du traitement. Ces résultats permettent de valider la candidature de l’ozone comme fongicide alternatif à l’emploi de produits phytosanitaires. Les modalités d’application devront faire l’objet de recherches supplémentaires en vue du transfert de la technologie du laboratoire au verger. / Apple trees are the target of a lot of pests and fungal diseases, responsible for many economic losses. Farmers treat these micro-organisms mainly with pesticides. Plant-protection products are today very controversial. French and European authorities control their use by means of numerous regulations. Therefore, an alternative solution with a low remanence must be found in order to limit fungal diseases. The aim of this thesis is to evaluate the innovative process efficiency based on the use of ozonated water against four fungal species: Venturia inaequalis, Botrytis cinerea, Neofabraea alba and Phytophthora syringae. Firstly, this work of thesis verified the ozone antifungal action on spores suspensions of the four fungal species and on different stages of development of V.inaequalis spores. According to the species and stages of development considered, a difference of sensibility was detected. Moreover, alteration of the membrane, due to ozone action, was observed thanks to several experimentations: quantification of phospholipids peroxidation, spore observations with Scanning Electron Microscopy and with Optical Microscopy after staining. Secondly, the ozonated water effects on seedlings previously contaminated by V.inaequalis spores were evaluated. This study confirmed the anti-fungal action of water containing ozone. It was also observed the importance of the water and of ozone quantities supplied. These quantities must be controlled to optimize the antifungal action of the treatment. These results validated the ozone application as a fungicide alternative of use of pesticides. Additional researches will be made concerning the treatment modalities: the aim is to transfer the technology from the laboratory to the orchard.

Le développement des bactéries sporulées dans les aliments peut être responsable d’intoxication alimentaire ou d’altérations des produits. Trois leviers ont été identifiés pour prévenir le développement de ce microbiote : les conditions de sporulation, l’intensité du traitement appliqué pour inactiver les spores et les conditions d’incubation. Ce travail de thèse a pour objectif (i) de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement et d’incubation sur la capacité des spores à former des colonies, et (ii) de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement et d’incubation sur les cinétiques de germination et de reprise de croissance. Dans un premier temps, un modèle mathématique a été développé pour décrire et quantifier l’impact des conditions d’incubation sur la capacité des spores à former des colonies après un traitement thermique. Ce modèle intègre uniquement des paramètres physiologiques, les limites de croissance des souches étudiées. La germination et la reprise de croissance est un processus complexe au cours duquel les spores passent par plusieurs stades successifs : spores dormantes, spores germées et cellules végétatives. Afin de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement thermique et d’incubation sur chacun de ces stades, une méthode par cytométrie en flux a été développée. Elle a permis de suivre l’évolution de chaque stade au cours du temps et un modèle primaire a été proposé afin de décrire l’évolution de chacun de ces stades. A partir de ce modèle il a été possible de décrire l’impact des différentes conditions de sporulation, de traitement thermique et d’incubation sur cette évolution et un modèle secondaire a été développé pour quantifier l’impact de ces facteurs sur les cinétiques de germination et de reprise de croissance. Afin de corréler les différences de comportement avec la composition protéique des spores, une analyse protéomique a été réalisée sur des spores produites dans différentes conditions. Ces travaux permettent de mieux appréhender le comportement de germination et de reprise de croissance des spores bactériennes. De plus, les résultats apportés ainsi que les modèles mathématiques développés dans cette thèse pourront permettre de mieux contrôler le développement des bactéries sporulées en industrie agro-alimentaire, connaissant l’impact des conditions de stockage et de formulation des produits, comme la température et le pH, sur le comportement des spores. / The development of spore forming bacteria in foods can be responsible for food poisoning or food spoilage. Three levers allowing the development of this microbiota were identified: the conditions of sporulation, the conditions of heat treatment and the conditions of incubation. This PhD work objectives were (i) to quantify the impact of sporulation conditions, heat treatment intensity and recovery conditions of the ability of spores to form colonies, and (ii) to quantify the impact of sporulation conditions, heat treatment intensity and recovery conditions on germination and outgrowth kinetics. Firstly, a mathematical model was developed to describe and quantify the impact of recovery conditions on the spore ability to form colonies a heat treatment. This model integrated only physiological parameters, the growth limits. The germination and outgrowth is a complex process made of successive physiological stages the spores pass through: the dormant spores, the germinated spores and the vegetative cells. A flow cytometry method was developed in order to quantify the impact of sporulation conditions, the heat treatment intensity and the incubation conditions on each physiological stage. This method allowed monitoring the evolution of each stage over time and a primary model was proposed to describe these evolutions. Thanks to this model, the impact of sporulation conditions, the heat treatment intensity and the incubation conditions were quantified and a secondary model was developed to quantify the impact of these factors on germination and outgrowth kinetics. In order to correlate the differences of behavior with the proteome of spores, proteomic analysis were performed on spores produced in different conditions. This work allows a better comprehension of germination and outgrowth behavior. Moreover, the results and the mathematical models provided by this work can be applied in food industry to improve the control of spores forming bacteria development knowing the impact of storage conditions and the product formulation, like temperature and pH, on spore behavior.

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