En raison des activités anthropiques croissantes, de larges sites sont contaminés par les métaux lourds qui affectent les systèmes biologiques. La souche Oidiodendron maius Zn pourrait être un organisme intéressant dans un programme de bioremédiation étant à la fois un champignon mycorhizien éricoïde et une souche tolérante aux métaux lourds. Pour comprendre les mécanismes de la tolérance de cette souche, trois approches différentes ont été menées.La première approche a abouti à la génération de mutants du gène superoxyde dismutase 1 (OmSOD1). Il s'agit de la première délétion d'un gène par recombinaison homologue chez un champignon mycorhizien. Nous démontrons que l'absence d'OmSOD1 cause un déséquilibre dans l'homéostasie rédox et un changement dans le dialogue entre le champignon et sa plante hôte.La deuxième approche a été basée sur la complémentation fonctionnelle d'un mutant de levure en utilisant une banque d'ADNc d'O. maius. Nous décrivons les premiers transporteurs d'un champignon mycorhizien éricoïde capables de conférer la tolérance au Zn dans des levures. Deux gènes ont été isolés et nommés OmCDF et OmFET. L'expression hétérologue de ces deux gènes dans différents mutants de levure a permis de conférer la tolérance au Zn. De plus, OmCDF a également permis de conférer la tolérance au Co. Nos données suggérent que OmCDF est un transporteur de Zn responsable du transfert du Zn cytoplasmique vers le réticulum endoplasmique, tandis que l'expression d'OmFET pourrait neutraliser la toxicité engendrée par le Zn en augmentant le contenu du Fe dans la cellule. La troisième approche a concerné le criblage d'une collection de mutants aléatoires d'O. maius sur Zn, Cd et ménadione. Nous décrivons la caractérisation d'un mutant dans le gène nmr. Dans ce mutant, une diminution de la teneur en glutamine et asparagine, ainsi qu'une réduction de l'activité de la glutamine synthétase ont été enregistrées. Les liens possibles entre la tolérance au stress oxydatif et le métabolisme azoté sont discutés. / Due to increasing anthropogenic activities, large areas are highly contaminated by heavy metals which are affecting biological systems. Oidiodendron maius strain Zn could be an interesting organism in a bioremediation program being both an ericoid mycorrhizal fungus and a heavy metal-tolerant strain. To understand the mechanisms underlying the oxidative stress tolerance of this strain, three different approaches were used. The first approach allowed us to obtain superoxide dismutase 1 (SOD1) null mutants. The most important technical advance in this work was the first successful disruption of a gene by homologous recombination in a mycorrhizal fungus. We demonstrate that the lack of OmSOD may cause an imbalance in the redox homeostasis and an alteration in the delicate dialogue between the fungus and its host plant. The second approach was based on a yeast functional complementation screening using an O. maius cDNA library. In this work we report the first transporters of an ericoid mycorrhizal fungus capable of conferring Zn tolerance to yeast transformants. Two full-length cDNAs were isolated and named OmCDF and OmFET. The heterologous expression of these two genes in various yeast mutants conferred resistance to zinc. Additionally, OmCDF expression also conferred Co tolerance. We provide evidence that OmCDF functions as a Zn transporter responsible for relocating cytoplasmic Zn into the endoplasmic reticulum, whereas expression of OmFET could counteract Zn toxicity by increasing Fe content of cells. The third approach consisted in the screening of a collection of O. maius random-mutants on Zn, Cd and menadione. We report the characterization of an O. maius-mutant that carries a mutation in the nmr gene. In this mutant, a decrease of glutamine and asparagine pools, and a reduction of the activity of glutamine synthase were recorded. Possible links between the oxidative stress tolerance and the nitrogen metabolism are discussed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2023) / Les forêts, les agents pathogènes et leurs interactions sont de plus en plus affectés par des facteurs liés au changement climatique et à la mondialisation. Ces changements influencent la répartition géographique des agents pathogènes, la gravité de leurs dommages et les impacts de leurs origines indigènes ou invasives. Dothistroma septosporum est un champignon ascomycète présent sur plusieurs continents (Europe, Afrique, Amériques); cet agent pathogène était auparavant considéré comme étant endémique sur les pins dans l'ouest de l'Amérique du Nord. Des épidémies récentes de cette maladie dans l'hémisphère nord ont été observées et semblent être directement liées au changement climatique, qui favorise la propagation de l'agent pathogène et la gravité de la maladie. Par conséquent, l'expansion des connaissances quantitatives sur la façon dont le changement climatique entraîne le développement de D. septosporum est cruciale. Dans le premier chapitre, nous analysons les gènes différentiellement exprimés de D. septosporum au cours de l'infection et comparons les interactions sensibles et tolérantes avec son hôte, Pinus contorta. On a inoculé D. septosporum à des individus de P. contorta et des échantillons du tissu infecté ont été prélevés au cours des stades précoce, moyen et tardif de l'infection. L'expression de gènes différentiellement exprimés a été comparée entre les hôtes sensibles et tolérants à la maladie. Nous avons identifié de nombreux gènes candidats qui sont différentiellement exprimés, dont ceux qui jouent un rôle dans la virulence, notamment de nombreux gènes encodant des transporteurs, facteurs de transcription et CAZymes. Ces gènes ont également été précédemment observés dans d'autres interactions pathogènes. Pour le chapitre deux, nous avons identifié les gènes et les SNPs liés à la croissance de D. septosporum à différentes températures à l'aide d'une analyse d'association à l'échelle du génome (GWA). La croissance de chaque isolat de D. septosporum provenant de l'ouest de l'Amérique du Nord a été mesurée sur une gélose à l'extrait de malt à 3 % pendant 5 semaines et le taux de croissance calculé. La contribution des SNPs a été évaluée par une analyse de régression avec un modèle linéaire. Nous avons identifié des gènes d'intérêt, associés au taux de croissance; les produits de ces gènes sont dans des classes bien connues, comme des transporteurs et la régulation du métabolisme. Les gènes candidats identifiés par GWA qui jouaient un rôle dans la croissance étaient plus répandus à des températures plus élevées (20ºC et 25ºC) en raison du meilleur ajustement des modèles par rapport à 15ºC. Une population « à risque » recueillie à Vancouver, en Colombie-Britannique, qui a un génotypage européen, a été identifiée à partir des données phénotypiques. La population de Vancouver surpasse les autres populations à toutes les températures de 15ºC, 20ºC et 25ºC. Enfin, le chapitre trois utilise des modèles de distribution des espèces (SDM) pour projeter la probabilité de propagation de D. septosporum selon plusieurs scénarios de changement climatique. La méthode « Ensemble » a été utilisée pour prendre en compte plusieurs modèles uniques, ce qui augmente la puissance de prédiction. Les données d'occurrence de l'agent pathogène ont été divisées en deux populations génétiquement distinctes, représentant les populations côtières et intérieures de l'ouest de l'Amérique du Nord. La population côtière a montré une plus grande probabilité de propagation par rapport à son homologue de l'intérieur, mais les deux semblent augmenter avec le temps et se déplacer vers le sud-est sous les climats futurs. Dans l'ensemble, les cartes de prédiction des distributions futures ont montré une augmentation de la superficie totale pour les deux populations au milieu et à la fin du siècle, 2050 et 2100, respectivement. / Forests, pathogens, and their interactions are increasingly affected by factors related to climate change and globalization. These changes are influencing geographical distribution of pathogens, the severity of their damages and the impacts that pathogens have on their native or invasive ranges. Dothistroma septosporum is an ascomycete fungus that is endemic on pines in Western North America and a pathogen with worldwide distribution. Recent outbreaks of this disease in the Northern hemisphere have been observed and appear to be directly linked to the changing climate, which aids the spread and severity of the pathogen. Therefore, the expansion of quantitative knowledge on how climate change drives the development D. septosporum is crucial. In the first chapter, we analyse differentially expressed genes of D. septosporum during infection and compare both susceptible and tolerant interactions with its host, Pinus contorta. Susceptible and tolerant P. contorta were artificially inoculated with D. septosporum and samples of the infected tissue were collected during its early, middle, and late stages of infection. The expression of differentially expressed genes for susceptible hosts were analysed at each time point and further investigated. We identified many candidate genes that play a role in virulence, including many transporters, transcription factors, and CAZymes. These genes have also been previously observed in other pathogenic interactions. For Chapter Two, we use genome-wide association (GWA) analysis to identify genes and SNPs related to growth of D. septosporum at three different temperatures: 15ºC, 20ºC and 25ºC. We monitored the growth of D. septosporum isolates from across Western North America on 3% malt extract agar for 5 weeks and extracted the growth rate by fitting the observations on a linear model. A « risk » population collected from Vancouver, BC, which has a European genotyping, was identified from the phenotypic data. The Vancouver population outperforms other populations at all three temperatures tested. The GWA showed that candidate genes involved in growth were more prevalent at higher temperatures (20oC and 25ºC) compared to 15ºC. These candidate genes include transporters and genes involved with regulation of metabolism. Finally, Chapter Three discusses our use of species distribution models (SDM) to project the likelihood of D. septosporum spread under several climate change scenarios. Ensemble forecasting techniques were used as opposed to single models to improve prediction power. Occurrence data of the pathogen was divided into two genetically distinct populations, representing the coastal and interior populations of Western North America. The coastal population showed a higher likelihood.

La température est un des principaux facteurs climatiques pilotant le développement des champignons pathogènes foliaires pendant les différentes étapes de leur cycle parasitaire. Puisque ces microorganismes se développent à la surface, puis à l’intérieur des feuilles, c’est la température de feuille (« body temperature » en écologie) qui pilote leur développement. En épidémiologie végétale, c’est toutefois la température d’air qui est utilisée pour caractériser l’effet de la température sur le développement des agents pathogènes foliaires. Or, la température de feuille peut différer significativement de la température d’air en fonction des conditions climatiques. La prise en compte de la température d’air pour étudier la dynamique des maladies foliaires ne peut donc s’affranchir de deux biais : la température mesurée n’est pas celle qui est réellement perçue par l’agent pathogène et l’hétérogénéité spatiale des températures au sein du peuplement n’est pas prise en compte. De plus, la relation entre la température et le développement des agents pathogènes est non linéaire, ce qui limite la gamme de validité autorisant l’utilisation des sommes de températures, pourtant largement employées en protestion des cultures. L’objectif général de cette thèse est de reconsidérer la prise en compte de la température pour l’étude du développement des champignons pathogènes foliaires.Le pathosystème blé-Mycosphaerella graminicola a été choisi en tant qu’objet d’étude. La stratégie adoptée pour atteindre les objectifs de la thèse combine deux approches complémentaires, l’expérimentation et la modélisation. Pour la première fois, la loi de réponse d’un agent pathogène foliaire à la température de feuille a été établie. Un dispositif expérimental innovant a permis d’établir la loi de réponse pour trois isolats sur une large gamme de températures foliaires, via la mesure en continu de la température de 191 feuilles (F et F) inoculées et l’utilisation d’un système de forçage thermique par lampe infrarouge. La loi de réponse de la période de latence de la septoriose à la température de feuille s’apparente au concept de courbe de performance thermique développé en écologie. Celle-ci étant non linéaire sur l’ensemble de la gamme de température étudiée, l’impact de l’amplitude de fluctuations de température de feuille a été caractérisé. Une amplitude élévée a conduit à plusieurs effets négatifs pour le développement de M. graminicola : l’augmentation de la durée du cycle de l’agent pathogène, la diminution de la surface sporulante des lésions et de la densité de pycnides. Les différences de cinétique de développement en fonction de l’amplitude des fluctuations ne sont que partiellement expliquées par l’effet Kaufmann (purement mathématiques), suggérant que M. graminicola atténue les conséquences négatives d’amplitudes de fluctuation plus élevées. Enfin, les simulations du développement de la septoriose réalisées à partir de données de températures foliaires diffèrent signicativement de celles réalisées à partir de températures d’air mesurées de façon standard par une station météorologique. Ces simulations ont également souligné le caractère déterminant du pas de temps considéré.Par le transfert de concepts d’écologie vers l’épidémiologie, cette thèse ouvre des pistes pour améliorer la prise en compte de la température dans les modèles épidémiologiques. Elle contribue au développement d’une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels l’environnement affecte les microorganismes, point clé pour le développement de modèles mécanistes de réponses possibles au changement climatique / Temperature is a major force for the development of foliar fungal pathogens. Such organisms develop onto and into leaves during their growth cycle. Thus, leaf temperature is the temperature they actually perceive (“body temperature”). However, air temperature has always been used by plant pathologists to study the effect of temperature on the development of foliar fungal pathogens. Leaf temperature may significantly differ from the air temperature according to weather conditions. Therefore, considering the air temperature to study foliar pathogens can potentially cause two biases: the measured temperature is not the temperature such pathogens actually perceive and the spatial heterogeneity of leaf temperatures within the plant canopy is ignored. In addition, the relationship between temperature and the development of foliar pathogens is nonlinear. This challenges the immoderate use of degree-day sums in plant disease epidemiology. The main objective of this thesis is to reconsider the use of temperature for the study of the development of foliar fungal pathogens.The wheat-Mycosphaerella graminicola pathosystem was chosen as the model of study. The strategy to achieve the objectives of the thesis combines two complementary approaches: experimentation and modelling. For the first time, the impact of leaf temperature on the development of a leaf pathogen was characterized. An original experimental device allowed determining the response law for three isolates over a wide range of leaf temperature, using thermal infrared lamps and measuring continuously the temperature of 191 inoculated leaves (F1 and F2). The response law of M. graminicola latent period to leaf temperature is similar to the concept of thermal performance curve (TPC) developed in ecology. As this TPC is non-linear over the entire leaf temperature range investigated, the impact of the amplitude of leaf temperature fluctuations has been characterized. A high amplitude led to several negative effects on M. graminicola development: an increase in the duration of the pathogen cycle, a decrease in the final sporulating area in the pycnidium density. Differences in kinetics of development depending on the amplitude of the fluctuations were only partially explained by the Kaufmann effect (purely mathematical), suggesting that M. graminicola mitigates the negative consequences of higher amplitudes of temperatures fluctuation. Finally, simulations of the development of M. graminicola performed using leaf temperature data differed significantly from those performed using air temperatures measured in a standard way, by a weather station. Simulations also underlined the importance of the time step considered. By transferring concepts from ecology to epidemiology, this thesis provided guidelines to better take into account temperature in epidemiological models. It helped to develop a better understanding of the mechanisms by which the environment affects micoorganisms, the cornerstone for the development of mechanistic models of possible responses to climate change.

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée / To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

La lutte biologique à l’aide de champignons entomopathogènes est une des alternatives aux insecticides de synthèse. La thèse étudie la spécificité, la persistance et la dispersion de souches du genre Beauveria ainsi que le potentiel d’une stratégie d’utilisation innovante. À l’aide de tests de pathogénicité, un premier volet décrit le spectre d’hôtes physiologique de trois souches commerciales de B. bassiana et B. hoplocheli. Ces travaux révèlent des différences significatives entre souches. Néanmoins, elles possèdent toutes un large spectre d’hôtes, qui permet notamment d’envisager une extension d’usage pour lutter contre les mouches des fruits. Le second volet explore le potentiel d’une stratégie de lutte biologique ciblant spécifiquement les femelles de la mouche du melon, basée sur l’auto-dissémination de champignons entomopathogènes en utilisant les mâles comme vecteurs de spores. À l’aide d’un dispositif expérimental original, nous démontrons que la transmission de spores des mâles aux femelles lors de l’accouplement augmente significativement la mortalité des femelles. À la Réunion, depuis 30 ans, un programme de lutte contre un ver blanc de la canne à sucre est basé sur l’utilisation de B. hoplocheli. Le troisième volet étudie, à l’aide de marqueurs microsatellites, la diversité génétique de B. hoplocheli dans un réseau de parcelles de canne à sucre sur trois ans. La diversité génétique se relève très faible et nous identifions des génotypes de souches introduites dans les années 1980. Ces résultats suggèrent que les souches introduites au début de la lutte se sont maintenues et répandues dans l’agro-système réunionnais. / Biological control using entomopathogenic fungi is one of the alternatives to chemical insecticides. The thesis studies the specificity, persistence and dispersion of Beauveria strains and the potential of an innovative use strategy. Using pathogenicity tests, a first chapter describes the host range of three commercial strains of B. bassiana and B. hoplocheli. These studies reveal significant differences between strains. Nevertheless, they all have a broad host range, which allows considering extending their use against fruit flies. The second chapter explores the potential of a biocontrol strategy specifically targeting females of the melon fruit fly, based on the auto-dissemination of entomopathogenic fungi using males as spore vectors. Using an original experimental design, we demonstrate that spore transmission from male to female during mating significantly increases female mortality. In Reunion, for 30 years, a biocontrol program for a sugarcane white grub has been based on the use of B. hoplocheli. The third chapter investigates the genetic diversity of B. hoplocheli strains using microsatellite markers in a three years survey in sugarcane fields. We reveal a very low genetic diversity and identify genotypes of strains introduced in the 1980s. These results suggest that the strains introduced at the beginning of the biological control persisted and spread in the Reunion agro-ecosystem.

Le champignon filamenteux, Podospora anserina, possède deux types sexuels, mat+ et mat-, caractérisés chacun par une séquence spécifique. La séquence mat+ contient un seul gène FPR1; la séquence mat- contient trois gènes : FMR1, SMR1 et SMR2. La fonction moléculaire de SMR1 est inconnue, les autres gènes codent des facteurs de transcription qui contrôlent la fécondation (reconnaissance intercellulaire), et le passage d’un syncytium à un hyphe spécialisé binucléé contenant un noyau mat+ et un noyau mat- (reconnaissance internucléaire). Il n’y a pas eu d’analyse exhaustive des gènes impliqués dans la reconnaissance intercellulaire et le mécanisme de la reconnaissance internucléaire est encore inconnu. Afin de déterminer les cibles de FPR1 et FMR1, et les différents mécanismes impliqués, nous avons utilisé une approche microarray. Le profil transcriptomique des souches mat+ et mat- compétentes pour la fécondation a permis d’identifier 157 gènes cibles, et l’analyse transcriptomique des souches mutantes fpr1- et fmr1- a révélé que ces cibles peuvent être soit réprimées, soit activées par FMR1 ou FPR1, ou être sous le contrôle de ces deux facteurs. Ces expériences ont aussi détecté l’existence de 10 gènes activés ou réprimés au même niveau dans mat+ et mat-. La délétion de 32 gènes choisis parmi ces 167 gènes cibles n’a permis de mettre en évidence que deux gènes impliqués dans la fécondation. Les comparaisons des gènes cibles des facteurs de transcription MAT de Gibberella moniliformis et Sordaria macrospora avec ceux de P. anserina révèlent un nombre significatif de gènes cibles communs entre ces espèces, mais ces gènes ont des profils transcriptomiques différents, soulevant la question du rôle de ces gènes cibles. La recherche des gènes cibles de FPR1, FMR1 et SMR2 impliqués dans la reconnaissance internuléaire a été effectuée en comparant le transcriptome des périthèces issus de deux croisements, l’un n’exprimant que les gènes spécifiques mat+, l’autre que les gènes spécifiques mat-. Les résultats ont été interprétés selon le modèle d’identité nucléaire et le modèle de ségrégation aléatoire. Le premier modèle a conduit à l’identification de 27 gènes cibles, tandis que 154 gènes cibles ont été identifiés en appliquant le deuxième modèle. Au total 46 souches mutantes ont été construites. Cependant aucune délétion n’a affecté le développement sexué. En parallèle de ces expériences transcriptomiques, nous avons invalidé tous les gènes à HMG-box de P. anserina. Les résultats montrent que ces derniers ont un rôle très important dans le développement sexué, particulièrement Pa_1_13940 qui code un régulateur des gènes des types sexuels, le premier identifié chez les Pezizomycotina. / The filamentous fungus, Podospora anserina, has two mating-type idiomorphs, mat+ and mat-. The mat+ sequence contains one gene FPR1, while mat- contains three genes: FMR1, SMR1 and SMR2. The molecular function of SMR1 is unknown, FPR1, FMR1 and SMR2 encode transcriptional regulators which control the fertilization (intercellular recognition) and the transition from a syncytium to a specialized dikaryotic hypha which contains one mat+ and one mat- nucleus (internuclear recognition). No exhaustive analysis is available for the genes involved in the intercellular recognition, while the mechanism of the internuclear recognition is unknown. In order to understand the mechanism of these events and to identify the target genes of mating-type transcription factors, we used a microarray approach. The transcriptomic profiles of the mat+ and mat- strains that are competent for fertilization revealed 157 differentially transcribed genes, and transcriptomic analysis of fmr1- and fpr1- mutant strains was used to determine the regulatory actions exerted by FMR1 and FPR1 on these differentially transcribed genes. All possible combinations of transcription repression and/or activation by FMR1 and/or FPR1 were observed. Furthermore, 10 additional mating-type target genes were identified that were up- or down-regulated to the same level in mat+ and mat- strains. Of the 167 genes identified, 32 genes were selected for deletion, which resulted in the identification of two genes essential for the sexual cycle. A comparison with similar data set from the two ascomycetes, Gibberella moniliformis and Sordaria macrospora, reveals significant numbers of orthologous pairs, although transcriptional profiles were not conserved between species, questioning the function of these target genes. Internuclear recognition was investigated by the transcriptomic analysis of perithecia from two crosses expressing mat+ and mat- genes, respectively. The tow internuclear recognition models: nuclear identity and random segregation, were used to interpret our results. According to the former model, 27 target genes have been identified, while 154 target genes were identified with the latter model. A total of 46 mutant strains were constructed. However, these strains showed no defects in sexual development. Besides this microarray experiences, we have invalidated all HMG-box genes of P. anserina. The results show that the HMG-box genes have a very important role in sexual development, especially Pa_1_13940 which encodes the first identified regulator of Pezizomycotinan mating-type genes.

Les objectifs de cette thèse sont, d’une part, de développer un système d’agitation performant en termes de transfert d‘oxygène et de forces de cisaillement afin qu’il soit adapté aux cultures de levures, de bactéries et de champignons filamenteux. D’autre part, de mettre au point un procédé de production des spores de champignons en milieu liquide pour remplacer la culture sur milieu solide (boîte de roux) utilisée au démarrage de la thèse par la société DSM. Ces travaux ont permis de sélectionner le mobile type « oreilles d’éléphant » comme système d’agitation. Son efficacité de transfert d’oxygène a été caractérisée dans une large gamme de débits d’air et de vitesses d’agitation. Les données obtenues ont été modélisées pour développer un outil de prédiction du KLa et d’extrapolation de procédé d’agitation. L’approche utilisée pour l’extrapolation est basée sur la similitude non géométrique et le maintien du coefficient de transfert d’oxygène (KLa) constant entre les échelles. L’efficacité du nouveau mobile d’agitation a été validée à l’échelle pilote en présence des cultures de bactéries, de levures et de champignons. Parallèlement au choix du mobile d’agitation, un procédé de production de spores de champignons filamenteux en milieu liquide a été développé. Ainsi, le milieu de culture et les conditions opératoires de chaque étape de la fermentation (germination, croissance végétative et sporulation) ont été optimisés. Ce nouveau procédé permet d’obtenir jusqu’à 200.106 cellules par millilitre de culture aussi bien à l’échelle du laboratoire que pilote (900L). Il a été aussi validé en présence de cultures de levures et de bactéries. Sur le même principe, les données obtenues à l’échelle pilote ont permis de développer un outil d’extrapolation à l’échelle industrielle de 10 m3 / The objectives of this thesis are, on one hand, to develop an efficient system of agitation in terms of oxygen transfer and shear stress, suited for the fermentation of yeasts, bacteria and filamentous fungi, on the other hand, to develop a process of spore production in a liquid medium. This new process will be used instead of the solid culture in Roux flasks used by DSM at the beginning of the PhD program. In a first step, we have selected “Elephant Ears” impellers as stirrers; its effectiveness of oxygen transfer was characterized in a broad range of stirring speeds and airflow rates. The data obtained were modeled and a predictive tool for KLa and process extrapolation was developed. The extrapolation is based on the non-geometrical similarity and the coefficient of oxygen transfer (KLa) was kept constant between scales. The effectiveness of the new stirrer was validated in a pilot-scale in the presence of the cultures of bacteria, yeasts and filamentous fungi. Besides the studies on the stirrer, a process in a liquid medium of filamentous fungi was developed. Thus, the fermentation medium and the operating conditions of each steps of the fermentation (germination, vegetative growth, and sporulation) were optimized. This new process makes possible to obtain up to 200.106 cells per milliliter of culture on both laboratory and pilot scale (900L). Finally, the data gathered on the pilot scale was used to extrapolate this process to the industrial-scale of 10m3

La phytoremédiaton assistée par les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) compte parmi les méthodes émergentes de remédiation des sols pollués en raison de son adéquation avec le développement durable. Cette phytotechnologie présente un intêret à la fois dans la protection des plantes contre la phytotoxicité des polluants organiques tels que les hydrocarbures et dans leur dissipation. Cependant, son efficacité reste à prouver dans les sols historiquement multi-pollués. De plus, les mécanismes de dégradation et de tolérance mis en oeuvre par la symbiose mycorhizienne sont peu connus. Ainsi, ce travail de thèse avait pour premier objectif d'étudier chez les partenaires symbiotiques Medicago truncatula/Rhizophagus irregularis cultivés in vitro, l'expression de gènes potentiellement impliqués dans la tolérance au benzo[a]pyrène (B[a]P), un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) de haut poids moléculaire fréquemment détecté dans les sols pollués. Pour cela, les expressions de gènes codant pour des enzymes antioxydantes, de détoxification des polluants et de réparation de l'ADN ont été mesurées par PCR quantitative en temps réel. Nos résultats ont montré une corrélation positive entre l'induction des systèmes antioxydants au niveau génique et enzymatique et la production d' H₂O₂ induite par l'accumulation de B[a]P dans les racines non mycorhizées et le CMA. En revanche, lorsque les racines sont colonisés par le CMA, celui-ci agirait comme une barrière physique en limitant l'accumulation de B[a]P et la production d'H₂O₂ dans les racines, et provoquerait la répression des systèmes antioxydants racinaires. Le second objectifs de cette thèse a consisté à évaluer l'apport d'un amendement mycorhizien dans la dégradation de deux types d'hydrocarbures : les HAP et les alcanes, présent dans un sol historiquement multi-pollué (site de l'Union). L'étude a été conduite en microcosmes en présence de blé (Triticul aestivum) inoculé ou non par R. irregularis. Une contribution positive de cette inoculation dans la biodégradation des hydrocarbures après 16 semaines de culture a été démontrée. Cette meilleure dégradation serait liée notamment à la stimulation de la microflore bactérienne du sol mais également aux capacités métaboliques de la plante. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF)-assisted phytoremediation is one of innovative method for the remediation of polluted soils due to its relevance to sustainable development. This phytotechnology presents benefits both in the protection of plants against the phytotoxicity of organic pollutants such as hydrocarbons and in their dissipation. However, its efficiency remains to be proved in the aged multi-polluted soils and the mechanisms of degradation and tolerance implemented by the mycorrhizal symbiosis are poorly known. Thus, the thesis aims firstly to study in the symbiotic partners Medicago truncatula/Rhizophagus irregularis cultivated in vitro, the expression of genes potentially involved in the tolerance to benzo[a]pyrene (B[a]P), a high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) frequently detected in polluted soils. Expressions of genes encoding for antioxidant, pollutant, detoxification and DNA repairing enzymes were measured by real time PCR. Our results showed a positive correlation between the induction of antioxidant systems (genes and enzymes) and the production of H₂O₂ induced by the accumulation of B[a]P in non-mycorrhizal root and the AMF. In contrast, when the roots are colonized by the AMF, this one would act as a physical barrier limiting the accumulation of B[a]P and H₂O₂ production of in the roots and would cause the repression of root antioxidant systems. The second objective of the thesis consisted of evaluating the contribution of the arbuscular mycorrhizal amendment in the degradation of two types of hydrocarbons : the PAH and the alkanes, present in an aged multi-polluted soils (site of Union). The study was carried out in microcosms in the presence of non-inoculated or inoculated wheat (Triticul aestivum) by R. irregularis. A positive contribution of the mycorrhizal inoculation in the hydrocarbon biodegradation after 16 weeks of culture was demonstrated. This better degradation is related especially to the simulation of the bacterial microflora but also to the plant metabolic abilities.

L’adaptation d’un champignon pathogène à son milieu, ainsi que l’évolution et la structuration des populations qui en découlent, sont fortement influencés par ses traits d’histoire de vie qui conditionnent sa fitness. C’est ce que nous avons illustré chez Melampsora larici-populina, l’agent de la rouille du peuplier. Ainsi, nous avons mis en évidence que le volume des spores du champignon évolue de manière répétable au cours des épidémies annuelles dans la vallée de la Durance, et ce sous l’effet de la sélection naturelle, signe que ce trait intervient directement dans le processus adaptatif du champignon. Par conséquent, les contraintes génétiques conditionnant le potentiel adaptatif du champignon en lien avec les traits d’histoire de vie ont été étudiées en laboratoire, au sein d’une descendance S1 issue de l’autofécondation d’une souche de référence. Les résultats obtenus suggèrent que M. larici-populina présente un potentiel adaptatif élevé. Enfin, une carte génétique à haute résolution du champignon, comprenant 18 chromosomes, a été construite afin d’étudier le déterminisme génétique de ces traits d'histoire de vie. Un locus de virulence ainsi que des QTL intervenant dans l’expression de la taille des lésions ont pu être détectés et positionnés avec précision sur cette carte. Ce travail a mis en évidence le rôle des traits quantitatifs dans l’adaptation et la structuration des populations de M. larici-populina en réponse aux pressions de sélection du milieu, en lui conférant un potentiel adaptatif élevée, essence de l’adaptation des organismes. Il ouvre également de nombreuses perspectives de recherche visant à identifier les bases génétiques de l’adaptation de ce champignon pathogène à son hôte, éléments indispensables à l’élaboration de stratégies de lutte durables / Adaptation of a phytopathogenic fungus to its environment, as well as the resulting evolution and structuration of its populations, are strongly influenced by its life history traits which condition its fitness. This is illustrated here with the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. Hence, we showed that spore volume repeatedly evolved through natural selection, during annual epidemics in the Durance River valley, showing the implication of this trait in the fungus adaptive processes. Consequently, genetic constraints conditioning the adaptive potential of the fungus, in connection with life history traits, were studied in laboratory, over a progeny resulting from a selfing of a reference strain. Results suggest that M. larici-populina has a high adaptive potential. Finally, a high resolution genetic map of the fungus, comprising 18 chromosomes, has been built in order to study genetic determinism of these traits. One locus of virulence and three QTL involved in the expression of the lesion size were detected and accurately mapped on this map. This work emphasizes the role of quantitative traits in adaptation and structuration of M. larici-populina populations in response to the environmental selective pressures, by conferring an adaptive potential, the basis of organisms’ adaptation. It also opens many opportunities to identify the genetic bases of adaptation of this fungus, these elements being essential for the development of sustainable strategies of disease control

Magnaporthe grisea est responsable de la pyriculariose du riz, principale maladie de cette céréale. L’entrée du champignon dans la plante hôte se fait via l’appressorium. La différenciation de cette structure résulte d’une réorientation génétique et métabolique, et nécessite une régulation génétique fine. Une étude transcriptomique comparant les stades mycélium et appressorium a permis de montrer qu’environ 1300 ORFs sont surexprimées au stade appressorial. Ce transcriptome a permis l’identification de 32 gènes codant pour des facteurs de transcription pour lesquels dix mutants de délétion ont été générés et caractérisés. L’étude de leur pouvoir infectieux a révélé que le mutant délété du gène TF7 présente une pathogénie réduite de 70% sur plant d’orge. De plus, ce mutant est incapable de former des appressoria sur membrane artificielle sauf en présence d’un inducteur chimique (1,16- hexadecanediol). Par ailleurs, lorsque les appressoria sont formés, ils éclatent au bout de 14 heures. Cette altération peut être compensée par l’addition de sorbitol comme osmoprotecteur. Ce mutant est hypersensible à la Nikkomycine Z, un inhibiteur de la chitine synthase suggérant une altération du métabolisme pariétal. Un transcriptome différentiel réalisé à partir d’appressoria sauvages et mutés différenciés sur membrane de Téflon a révélé que des gènes impliqués dans le métabolisme de la chitine sont sous-exprimés dans le mutant ΔTf7. Le facteur de transcription Tf22 dont la délétion conduit à une réduction de 70% de la pathogénie sur riz a également fait l’objet d’une attention particulière. En effet, la recherche d’homologie a montré la présence de deux protéines homologues à Tf22 chez les deux champignons phytopathogènes S. nodorum et C. nicotianae et au-delà de la conservation d’un cluster potentiel de gènes du métabolisme secondaire, identifié chez C.nicotianae. La caractérisation du mutant a montré que l’expression de ce cluster potentiel est régulée négativement par le gène TF22 / Magnaporthe grisea is responsible for rice blast, the major disease of rice. The entry of the fungus in the host plant is via a specialized cell called appressorium. The differentiation of this structure results from a genetic and metabolic shift, and requires fine control mechanisms. A transcriptomic study comparing vegetative mycelium and appressorium mature stage, characteristic of the pre-penetration step was realized. In order to identify new regulatory networks specific of the appressorial differentiation, we focused on 32 genes encodi. Ten deletion mutants of transcription factor genes were generated and characterized. The study of their infectivity revealed that the TF7 gene deleted mutant has a reduced pathogenicity of 70% on barley plant resulting from an inability to penetrate the plant surface. Moreover, unlike the parental strain, this mutant is unable to form appressoria on artificial membrane except in the presence of a chemical inducer (1.16-hexadecanediol). Moreover, when appressoria are formed, they burst after 14 hours. This alteration can be compensated by a sorbitol solution acting as an osmoprotectant. This mutant is hypersensitive to nikkomycin Z, a chitin synthase inhibitor suggesting an alteration of parietal metabolism. A differential transcriptome was conducted comparing wild and mutated appressoria differentiated on Teflon membrane revealed that genes involved in chitin metabolism are dependent on the transcription factor Tf7. A second transcription factor Tf22 whose, deletion leads to a reduction of 70% of pathogenesis on rice, has also been studied. Indeed, the homology search showed the presence of two proteins homologous to Tf22 for S. nodorum and C. nicotianae. Beyond the conservation of the transcription factor, we observed the conservation of a potential cluster of genes of secondary metabolism identified in C.nicotianae. The characterization of the mutant revealed that expression of this potential cluster is negatively regulated by the gene TF22