Maîtriser l'impact des maladies sur les cultures est un défi majeur de l'agriculture moderne. Cette préoccupation est un aspect important de l'optimisation de la productivité, notamment en viticulture. En France, le mildiou de la vigne causé par Plasmopara viticola est une des maladies cryptogamiques responsable des épidémies les plus dévastatrices et les plus redoutées. Les traitements reposent sur l'utilisation préventive, systématique et onéreuse de composés chimiques antifongiques dont l'utilisation massive constitue un risque à la fois pour l'homme et l'environnement. La réduction de l'utilisation de fongicide implique le développement d'outils de diagnostic au champ, qui requiert la compréhension des interactions entre la plante et les agents pathogènes. Les travaux de cette thèse pluridisciplinaire ont porté sur le pathosystème Plasmopara viticola - Vitis vinifera, notamment pour répondre à l'intérêt croissant pour un outil de diagnostic en temps réel de la maladie utilisable au vignoble. Les stilbènes sont des phytoalexines impliqués dans la défense de certaines plantes supérieures vis-à-vis de stress biotiques et abiotiques. L'autofluorescence de ces composés phénoliques, dont la biosynthèse est induite dans les feuilles de vigne par P. viticola, en fait un potentiel marqueur naturel de l'infection. En effet, la faible autofluorescence bleu-verte des feuilles de vigne saines est considérablement renforcée par l'autofluorescence violet-bleue des stilbènes à la surface de feuilles de vigne infectée par P. viticola. Cette étude a montré que quelque soit le niveau de résistance du génotype, l'autofluorescence violet-bleue des stilbènes induit par l'infection est présente au niveau des parois des cellules de l'épiderme. En dehors de la concentration, la viscosité s'est révélé être la principale variable physico-chimique influençant l'intensité de l'autofluorescence des stilbènes dans les différents compartiments cellulaires des feuilles de vigne. Ceci explique la fluorescence intense des parois, particulièrement rigides, des cellules de garde (stomates) des feuilles infectées. Le suivi cinétique journalier a révélé la nature transitoire de l'autofluorescence des stilbènes lors de l'infection. La robustesse et l'intérêt de ce signal a également été validée par la mesure à différentes échelles (de la cellule à la feuille entière) et avec différentes méthodes fluorimétriques. Les résultats de ce travail ont permis des avancées sur la connaissance du rôle de composés phénoliques induits et constitutifs dans la défense contre P. viticola. En plus de la localisation de l'autofluorescence des stilbènes en surface des feuilles, la microscopie confocale couplée à la microspectrofluorimetrie a révélé différentes localisations de ces phytoalexines dans la profondeur des tissus en corrélation avec le niveau de résistance des génotypes. L'utilisation de l'autofluorescence des stilbènes comme marqueur de l'infection a permis de mettre en évidence : 1) le fait que les flavonols constitutifs des feuilles de V. vinifera retardent le développement de l'infection par P. viticola; et 2) le fait que les acides hydroxycinnamiques constitutifs ne semble pas participer à la défense contre P. viticola. Enfin, une nouvelle méthode de diagnostic non-destructive du mildiou sur feuille basée sur l'autofluorescence des stilbènes a été développée. Elle a montré une détection pré-symptomatique du mildiou sur les feuilles de vigne entières dès le premier jour après l'infection sur la face abaxiale et le troisième jour sur la face adaxiale. Cette méthode de diagnostic du mildiou a été validée au laboratoire notamment grâce à un prototype de capteur proximal développé en collaboration avec la société Force-A. La validation de la méthode au vignoble dans le cadre d'infection naturelle est la prochaine étape pour une utilisation de ce capteur optique dans le cadre de l'agriculture durable et de la sélection variétale.

L'esca est un syndrome cryptogamique vasculaire de la vigne (Vitis vinifera). Une phase pionnière, sous la dépendance de Phaeoacremonium aleophilum (PA), Phaeomoniella chlamydospora (PC) et éventuellement de Eutypa lata (EL) permet la mise en place d'autres espèces. Depuis l'interdiction de l'arsénite de sodium, cette maladie n'est plus contrôlée.<br /> Nous avons étudié les propriétés de PA, PC et EL, en particulier l'impact sur leur croissance de fongicides commerciaux et de fongicides systémiques synthétisés au laboratoire, ainsi que de molécules naturelles. Ces pathogènes ne présentent pas la même sensibilité à ces molécules et l'un d'eux (PA) est peu affecté par divers traitements. En parallèle, nous avons étudié les propriétés d'ambimobilité de l'acide salicylique (AS) et de quelques-uns de ses dérivés halogénés.<br /> Nous avons montré que F 30, un dérivé acide du fenpiclonil, est mobile dans les boutures de vigne après application foliaire. Il est en partie retenu dans le bois et libère la molécule parent dans les racines. L'acide 5-chlorosalicylique (5-ClAS), connu pour être plus actif que AS pour stimuler les défenses naturelles, présente une mobilité voisine de celle de AS. Sur ces bases, F 30 et 5-ClAS ont été retenus pour des tests préliminaires de traitement par voie foliaire de boutures de vigne infectées.<br /> Cette recherche exploratoire souligne la complexité de la problématique, une lutte chimique (fongicide), génératrice de contraintes, devant s'intégrer dans une stratégie globale de contrôle.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l'oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l'emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d'autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l'espèce d'origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d'optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d'amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l'organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d'identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d'une population de 200 individus issue de l'autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l'oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d'une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l'oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour 'Resistance to Erysiphe necator 5', montre une action précoce dans l'arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l'établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d'E. necator, appartenant aux deux groupes d'oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d'action, permettront d'améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l'oïdium.

Les stilbènes sont les métabolites de défense majeurs de la vigne, qui sont également connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. Tirant parti du récent séquençage du génome de la vigne, l'objectif de ce travail est de caractériser les familles de gènes impliqués dans la biosynthèse des stilbènes chez la vigne, et de préciser leur rôle dans les défenses contre le mildiou (Plasmopara viticola). La première étape de la biosynthèse des stilbènes est catalysée par la stilbène synthase (STS), pour former le resvératrol. L'analyse détaillée du génome de la vigne a permis d'identifier 48 gènes STS, dont 32 gènes potentiellement fonctionnels. La caractérisation fonctionnelle d'une sélection de gènes représentatifs de la diversité de la famille suggère que l'ensemble des 32 gènes STS code pour des protéines ayant réellement une activité stilbène synthase. L'analyse évolutive des gènes STS montre que la famille est très contrainte, sans trace de néo-fonctionnalisation. La famille des STS de la vigne représente donc un exemple unique d'une famille de plus de 30 gènes codant pour des protéines de fonction identique, et la signification biologique de cette expansion est discutée. Une seconde enzyme importante du métabolisme des stilbènes est la resvératrol O-méthyltransférase (ROMT). La ROMT est impliquée dans la méthylation du resvératrol pour former le ptérostilbène, un composé hautement fongitoxique qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de défenses de la vigne. Notre analyse de la famille ROMT montre qu'elle est constituée de 17 gènes, dont deux seulement (VvROMT1 et VvROMT2) semblent impliqués dans la synthèse de ptérostilbène. L'expression de ces deux gènes est induite suite à une infection par P. viticola au niveau des feuilles de vigne. Deux autres gènes de la famille, VvROMT12 et VvROMT13, sont exprimés constitutivement au niveau des racines, et ne semblent pas répondre au stress. Des analyses métabolomiques sur des plants de Nicotiana benthamiana transgéniques exprimant ces deux ROMT ainsi que des tests enzymatiques in vitro ont été réalisés afin de déterminer la fonction des gènes ROMT12 et 13. L'ensemble de ces résultats fait apparaître une amplification remarquable des gènes impliqués dans la synthèse des stilbènes chez la vigne et ouvrent la voie à l'étude détaillée de la régulation de cette voie importante du métabolisme de défense de la vigne.

Vineyards in the Mid-Atlantic often have large, vigorous vines that can be costly to manage and produce inadequate fruit for wine production. Dense canopies increase the incidence of fungal disease, require greater allocation of resources to manage, and inhibit fruit development. The primary objective of these studies was to determine effective vine-size modification treatments that would optimize fruit quality, while reducing labor and chemical control. Research factors included root manipulation, under-trellis ground cover, and rootstock. Treatment levels were root bag (RBG) or no root manipulation (NRM); under-trellis cover crop (CC) or herbicide strip (HERB); and one of three rootstocks: 101-14, Riparia Gloire, or 420-A. Effects of these treatments were measured in two experiments: Experiment I compared combinations of all three treatments, while Experiment II explored the individual effects of root restriction using root bags of varying volumes. Root restriction consistently demonstrated the ability to reduce vegetative growth and vine water status. In the first experiment fruit-zone photosynthetic photon flux density (PPFD) was increased by 234% in RBG vines. Timed canopy management tasks indicated that RBG canopies required about half the labor time of NRM canopies. Anthocyanin concentration and total phenolic content were increased by 20% and 19% respectively in RBG fruit. CC increased fruit-zone PPFD by 62%, and increased soluble solids and color compounds. The 420-A rootstock reduced potassium uptake, resulting in lower must potassium concentration. Results demonstrated that these treatments significantly reduce vegetative growth in a humid climate, decrease management labor, and produce higher quality fruit. / Master of Science / Vineyards in the Mid-Atlantic often have large, vigorous vines that can be costly to manage and produce inadequate fruit for wine production. Dense canopies increase the incidence of fungal disease, require greater allocation of resources to manage, and inhibit fruit development. The primary objective of these studies was to determine effective vine-size modification treatments that would optimize fruit quality, while reducing labor and chemical control. Research factors included root manipulation, under-trellis ground cover, and rootstock. Treatment levels were root bag (RBG) or no root manipulation (NRM); under-trellis cover crop (CC) or herbicide strip (HERB); and one of three rootstocks: 101-14, Riparia Gloire, or 420-A. Effects of these treatments were measured in two experiments: Experiment I compared combinations of all three treatments, while Experiment II explored the individual effects of root restriction using root bags of varying volumes. Root restriction consistently demonstrated the ability to reduce vegetative growth and vine water status. Sunlight exposure to grape berries was significantly increased in RBG vines. Timed canopy management tasks indicated that RBG canopies required about half the labor time of NRM canopies. Sugar and color concentration were both increased in RBG fruit. CC also increased sunlight exposure, as well as sugar and color concentration. The 420-A rootstock reduced potassium uptake, resulting in lower must potassium concentration. Results demonstrated that these treatments significantly reduce vegetative growth in a humid climate, decrease management labor, and produce higher quality fruit.

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[ES] Las plantas de vid (Vitis vinifera L.) están expuestas a una gran variedad de patógenos. En la actualidad, las enfermedades fúngicas de la madera de la vid (GTDs) se encuentran entre los principales factores que limitan la productividad de este cultivo. Una vez las vides están infectadas, la productividad de la planta disminuye, provocando una muerte lenta o apoplética. La investigación de agentes de control biológico (BCAs) capaces de prevenir, o al menos minimizar, el impacto de las GTDs, se considera una prioridad de investigación. En esta Tesis Doctoral se caracterizó un agente de biocontrol potencial y, junto con un producto comercial biológico ya registrado, fueron probados contra varios patógenos agentes causales de GTDs, en invernadero bajo condiciones controladas, y también durante el proceso de propagación de la vid en vivero. Los resultados del análisis genómico completo de Bacillus subtilis PTA-271 muestran un sistema funcional de motilidad de enjambre, una fuerte capacidad de supervivencia y un conjunto de genes que codifican sustancias bioactivas conocidas por estimular el crecimiento o las defensas de las plantas, influir en la microbiota beneficiosa y contrarrestar la agresividad de los patógenos. Cuando Bs PTA-271 se probó contra Neofusicoccum parvum BT67 en plantas injertadas de invernadero, Bs PTA-271 y Ta SC1 demostraron que el cultivar contribuye a los efectos beneficiosos de Bs PTA-271 y Ta SC1 contra Np-Bt67. La aplicación simultánea de ambos BCAs demostró ser beneficiosa contra este patógeno en vides del cultivar Tempranillo. El análisis transcriptómico de las mismas muestras mostró ampliamente los cambios en la fisiología de la planta inducidos tanto por Bs PTA-271 como por Ta SC1 para proteger la vid ante la infección por Np-Bt67. En Chardonnay, las plantas infectadas con Np-Bt67 presentan genes sobreexpresados que están implicados en las vías de señalización del acido absicico (ABA). En Tempranillo, la infección con Np-Bt67 provoca cambios de expresión en más de 200 genes, relacionados sobre todo con la importación de aminoácidos, procesos relacionados con el cloroplasto y el fotosistema, respuestas de la planta a estímulos bióticos y biosíntesis de metabolitos secundarios. La protección de Ta SC1 en las plantas de Tempranilllo implica un mayor número de cambios, que abarcan tanto el metabolismo primario como el secundario, relacionados con cambios en las señales hormonales, como con el aicdo absicico (ABA). Durante el proceso de producción de la vid en vivero, los resultados demostraron una reducción significativa del porcentaje de plantas infectadas con los patógenos asociados a las enfermedades de decaimiento por Botryosphaeria y Pie negro en el material de vivero tratado con Ta SC1 y Bs PTA-271 respectivamente. Los tratamientos simultáneos con ambos BCAs presentaron una reducción en el porcentaje de plantas infectadas con ambos tipos de patógenos. Al probar el efecto de Bs PTA-271 y Ta SC1 en el microbioma de la rizosfera de la vid de dos suelos diferentes infectados con patógenos del pie negro, los resultados muestran que la inoculación de los BCAs parece mejorar las redes del microbioma de la rizosfera y el estado de saneamiento, sin embargo, el efecto beneficioso de los BCAs puede ser dependiente del suelo. En general, este estudio aportó nuevos conocimientos sobre el uso de uno o más BCAs contra varios patógenos asociados a las GTDs, tanto en el vivero como en vides adultas (viñedo). Además, se destacó el modo de acción de ambos BCAs en la protección de la vid. Por lo tanto, estos hallazgos proporcionan, no sólo una mejor comprensión de las interacciones entre los BCAs, la vid y los patógenos, sino que también son una fuerte contribución a una estrategia de gestión sostenible de las GTDs. / [CA] Les plantes de vinya (Vitis vinifera L.) estan exposades a una gran varietat de patògens. En l'actualitat, les malalties fúngiques de la fusta de la vinya (GTDs) es troben entre els principals factors que limiten la productivitat d'aquest cultiu. Una vegada les vinyes estan infectades, la productivitat de la planta disminueix, provocant una mort lenta o apoplética. La investigació d'agents de control biològic (BCAs) capaços de previndre, o almenys minimitzar, l'impacte de les GTDs, es considera una prioritat d'investigació. En aquesta Tesi Doctoral es va caracteritzar en profunditat un agent de biocontrol potencial i, juntament amb un producte comercial biològic ja registrat, tots dos BCAs van ser provats contra diversos patògens agents causals de GTDs, en hivernacle sota condicions controlades, i també durant el procés de propagació de la vinya en viver. Els resultats de l'anàlisi genòmica completa de Bs PTA-271 mostren un sistema funcional de motilitat d'eixam, una forta capacitat de supervivència i un conjunt de gens que codifiquen substàncies bioactivas conegudes per estimular el creixement o les defenses de les plantes, influir en la microbiota beneficiosa i contrarestar l'agressivitat dels patògens. Quan Bs PTA-271 es va provar contra Np BT67 en plantes empeltades d'hivernacle, Bs PTA-271 i Ta SC1 van demostrar que la cultivar contribueix als efectes beneficiosos de Bs PTA-271 i Ta SC1 contra Np-Bt67. L'aplicació simultània de tots dos BCAs va demostrar ser beneficiosa contra aquest patogen en vinyes del cultivar Ull de llebre. L'anàlisi transcriptómico de les mateixes mostres va mostrar àmpliament els canvis en la fisiologia de la planta induïts tant per Bs PTA-271 com per Ta SC1 per a protegir la vinya davant la infecció per Np-Bt67. En Chardonnay, les plantes infectades amb Np-Bt67 presenten gens sobreexpresados que estan implicats en les vies de senyalització de l'acidifique absicico (ABA). En Ull de llebre, la infecció amb Np-Bt67 provoca canvis d'expressió en més de 200 gens, relacionats sobretot amb la importació d'aminoàcids, processos relacionats amb el cloroplast i el fotosistema, respostes de la planta a estímuls biòtics i biosíntesis de metabòlits secundaris. La protecció de Bs PTA-271 en Chardonnay implica gens relacionats amb la biosíntesi d'ABA, les vies dels fenilpropanoides, els metabòlits secundaris, i l'estructura i organització de la paret cellular. La protecció de Ta SC1 en les plantes de Tempranilllo implica un major nombre de canvis, que abasten tant el metabolisme primari com el secundari, relacionats amb canvis en els senyals hormonals, com amb l'acid abcísic (ABA). Durant el procés de producció de la vinya en viver, els resultats van demostrar una reducció significativa del percentatge de plantes infectades amb els patògens associats a les malalties de decaïment per Botryosphaeria i Peu negre en el material de viver tractat amb Ta SC1 i Bs PTA-271 respectivament. Els tractaments simultanis amb tots dos BCAs van presentar una reducció en el percentatge de plantes infectades amb tots dos tipus de patògens. En provar l'efecte de Bs PTA-271 i Ta SC1 en el microbioma de la rizosfera de la vinya de dos sòls diferents infectats amb patògens del Peu negre, els resultats mostren que la inoculació dels BCAs sembla millorar les xarxes del microbioma de la rizosfera i l'estat de sanejament, no obstant això, l'efecte beneficiós dels BCAs pot ser dependent del sòl. En general, aquest estudi va aportar nous coneixements sobre l'ús d'un o més BCAs contra diversos patògens associats a les GTDs, tant en el viver com en vinyes adultes. A més, es va destacar la manera d'acció de tots dos BCAs en la protecció de la vinya. Per tant, aquestes troballes proporcionen, no sols una millor comprensió de les interaccions entre els BCAs, la vinya i els patògens, sinó que també són una forta contribució a una estratègia de gestió sostenible de les GTDs. / [EN] Grapevine (Vitis vinifera L.) plants are exposed to a wide variety of pathogens. Nowadays, grapevine fungal trunk diseases (GTDs) are amongst the main constraints for the productivity of this crop. Once infected, plant productivity is decreased, leading to a plant slow or apoplectic death. Investigation of biocontrol agents (BCAs) capable to forestall or at least to minimize the impact of GTDs, while being a sustainable treatment, is viewed as a research priority. One potential BCA was deeply characterized, and together with a biological commercial product, both BCAs were tested against several GTD pathogens, in greenhouse under controlled conditions, and during the grapevine propagation process. Results from the full genomic analysis of Bacillus subtilis PTA-271 (as BCA with a potential) show a functional swarming motility system, strong survival capacities and a set of genes encoding for bioactive substances known to stimulate plant growth or defenses, influence beneficial microbiota, and counteract pathogen aggressiveness. When tested against Neofusicoccum parvum Bt67 (thereafter Np-Bt67) in greenhouse cuttings, B. subtilis PTA-271 (Bs PTA-271) and T. atroviride SC1 (Ta SC1) proved that the cultivar contributes to their beneficial effects against Np-Bt67. The simultaneous application of both BCAs was further proved to be even more effective to protect Tempranillo cuttings. Moreover, the transcriptomic analysis from the same samples showed extensively the plant physiology changes induced by the pathogen but also by each BCA, Bs PTA-271 on Chardonnay and Ta SC1 on Tempranillo, to protect grapevine from Np-Bt67 infection. Thus, Chardonnay cuttings infected with Np-Bt67 showed overexpressed genes implicated on abscisic acid (ABA) biosynthesis and signaling pathways. In Tempranillo, the infection with Np-Bt67 leads to more substantial changes in gene expression, related mostly with amino acid import, chloroplast and photosystem related processes, plant responses to biotic stimulus, and biosynthesis of secondary metabolites. Protection induced by Bs PTA-271 in Chardonnay targets genes related to ABA biosynthesis, phenylpropanoid pathways and secondary metabolites, and cell wall structure/organization in relationship with carbohydrate metabolism that requires much more consideration. Protection with Ta SC1 in Tempranilllo requires a larger number of changes related to transporters, cell wall integrity and extension, cell division and pathogen induced cell death, multidirectional active proteins, and microbiome interactions. During the grapevine nursery process, the results demonstrated a significant reduction on the percentage of infected plants with Botryosphaeria dieback and Black-foot pathogens in the material treated with Ta SC1 and Bs PTA-271 respectively. The simultaneous treatments with both BCAs presented a reduction on infected plants with both Botryosphaeria dieback and Black foot pathogens. When testing the effect of Bs PTA- 271 and Ta SC1 in grapevine rhizosphere microbiome of two different soil infected with Black foot pathogens, results show that the inoculation of BCAs seems to improve the rhizosphere microbiome networks and sanitation status, however, the beneficial effect of BCAs can be soil-dependent. Moreover, as observed in the other experiments, the combination of both BCAs improves their beneficial effect in the rhizosphere microbiome. Overall, this study brought new insights on the use of one or more BCAs against several GTD pathogens, from nursery to adult grapevines. Moreover, highlighted both BCAs mode of action in grapevine protection. Thus, these findings provide, not only a better understanding of BCAs, grapevine, and pathogens interactions, but are also a strong contribution for the future development of sustainable GTDs management strategies. / Cunha Maia Leal, CD. (2022). Sustainable Management of Grapevine Trunk Diseases in Vineyard: Deliver Biocontrol Agents and Associated Molecules [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191261