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Increased interest in value-added traits of soft winter wheat (SWW; Triticum aestivum L.), such as white-seed coat and gluten strength, has resulted from economic incentives for these traits. The first objective of this study was to determine whether differences existed between red- and white- seeded progeny of 17 populations. When abiotic and biotic stresses were negligible, significant differences were not detected between red- and white-seeded progeny, except for yield: red-seeded progeny had a significantly higher yield than the white-seeded progeny. However, when abiotic and biotic stresses were larger, the yield of white-seeded progeny was not significantly different from red-seeded progeny and the white-seeded progeny accumulated a significantly greater amount of deoxynivalenol (DON) than red-seeded progeny. Therefore, Kentucky producers should be cautious when considering production of white-seeded cultivars. The second objective of this study was to determine whether early- or late- generation selection for white-seeded progeny produced a higher frequency of superior white-seeded lines. Three selection methods were studied. Late-generation bulk selection produced a significantly lower frequency of superior white-seeded lines (1.7%) than single seed descent (SSD; 13.9%); the early-generation bulk (9.6%) did not differ statistically from either method. Although SSD produced the most superior lines, the utility of SSD breeding will have to be assessed by SWW breeders to justify additional labor and space requirements. The final objective was to determine whether early-generation selection of wheat quality, as determined by wheat meal-based assays, was effective. A cross between a strong gluten soft red winter and a weak gluten soft white winter wheat was examined. Significant correlations and regressions between wheat meal assays and flour-based assays were found. High heritability and realized genetic gains were also observed. Therefore, early-generation selection for quality characteristics appears to be effective.

Effects of a deoxynivalenol contaminated diet on feed intake and health status in horses.

Effects of a deoxynivalenol contaminated diet on feed intake and health status in horses.

Fusarium Head Blight (FHB) is a destructive disease caused by Fusarium graminearum that affects wheat (Triticum aestivum L.) worldwide. Breeding for resistance to FHB is arguably the best way to combat this disease. However, FHB resistance is highly complex and phenotypic screening is difficult. Molecular markers are a promising tool but breeding programs face the challenge of allocating resources in such a way that the optimum balance between phenotypic and genotypic selection is reached. An F2:3 population derived from a resistant x susceptible cross was subjected to phenotypic and genotypic selection. For phenotyping, a novel air separation method was used to measure percentage of damaged kernels (FDK). Heritability estimates were remarkably high, which was attributed to the type of cross and the quality of phenotyping. Genotypic selection was done by selecting resistance alleles at quantitative trait loci (QTL) on the 3BS (Fhb1) and the 2DL chromosomes. Fhb1 conferred a moderate but stable FHB resistance while the 2DL QTL conferred a surprisingly high level of resistance but with significant interaction with the environment. Phenotypic selection conferred higher or lower genetic gains than genotypic selection, depending on the selection intensity. Based on these results, different selection strategies are discussed.

La fusariose est une des maladies les plus importantes altérant le blé en Bourgogne. L’espèce fongique Fusarium graminearum est l’un des agents principaux de la maladie. L’interaction hôte-pathogène peut entrainer la production de mycotoxines toxiques pour l’homme et l’animal.La seule alternative pour prévenir le développement de la maladie est de contrôler l’inoculum primaire dans son habitat naturel : les adventices, le sol et les résidus de culture. En raison de la tendance à la réduction du travail du sol, une attention particulière doit être portée au rôle des résidus de culture dans la survie et le développement de F. graminearum. Dans ce travail de thèse, deux approches ont été choisies pour mieux comprendre le développement saprotrophe du champignon et ses conséquences. La première, à travers un essai en champ dans le contexte pédoclimatique Bourguignon, avait pour but de définir la part relative des différentes sources d’inoculum dans le développement de la fusariose et l’accumulation des mycotoxines dans les grains. Cet essai devait en outre permettre de déterminer si des indicateurs précoces du développement de la maladie sur épi et de l’accumulation de mycotoxines pouvaient être identifiés. La seconde, à travers un essai en microcosmes, avait pour but de suivre le développement de F. graminearum dans le sol et les résidus.Ce travail a permis de souligner l’importance de la gestion des résidus de culture dans le développement de la fusariose du blé. Favoriser une décomposition biologique rapide des résidus de culture et/ou introduire des cultures intermédiaires assainissantes constituent des perspectives de recherche sur lesquelles doivent porter nos efforts / Fusarium Head Blight (FHB), mainly caused by the fungal species Fusarium graminearum, is one of the most important disease altering wheat crops in Burgundy. Moreover the plant-pathogen interaction leads to the production of mycotoxins potentially toxic for humans and animals.The only alternative to date to prevent the development of the disease is to control the saprotrophic development of F. graminearum in its natural habitat, i.e. weeds, soil and crops residues. Due to the trend of reduced tillage, special attention should be paid to the role of crop residues in the survival and development of F. graminearum.Two approaches were chosen to better understand the saprotrophic development of F. graminearum and its consequences towards FHB. i) The first through a field experiment in the Burgundian pedoclimatic context aimed at defining the relative importance of the different sources of inoculum in the development of FHB and the accumulation of mycotoxins in grains. The field experiment was also to determine whether early indicators of disease development on ears and accumulation of mycotoxins could be identified. ii) The second, through test microcosms, was to follow the development of F. graminearum in the soil and crop residues.This work highlighted the importance of crop residues management in the development of FHB and gave new understanding about the survival of the fungus on these residues. Improve the biological decomposition of crop residues at the soil surface or/and using suppressive intermediate crops could be the next prospective to investigate to limit the soil inoculum potential of saprotrophic F. graminearum

La fusariose est une des maladies les plus importantes altérant le blé en Bourgogne. L'espèce fongique Fusarium graminearum est l'un des agents principaux de la maladie. L'interaction hôte-pathogène peut entrainer la production de mycotoxines toxiques pour l'homme et l'animal.La seule alternative pour prévenir le développement de la maladie est de contrôler l'inoculum primaire dans son habitat naturel : les adventices, le sol et les résidus de culture. En raison de la tendance à la réduction du travail du sol, une attention particulière doit être portée au rôle des résidus de culture dans la survie et le développement de F. graminearum. Dans ce travail de thèse, deux approches ont été choisies pour mieux comprendre le développement saprotrophe du champignon et ses conséquences. La première, à travers un essai en champ dans le contexte pédoclimatique Bourguignon, avait pour but de définir la part relative des différentes sources d'inoculum dans le développement de la fusariose et l'accumulation des mycotoxines dans les grains. Cet essai devait en outre permettre de déterminer si des indicateurs précoces du développement de la maladie sur épi et de l'accumulation de mycotoxines pouvaient être identifiés. La seconde, à travers un essai en microcosmes, avait pour but de suivre le développement de F. graminearum dans le sol et les résidus.Ce travail a permis de souligner l'importance de la gestion des résidus de culture dans le développement de la fusariose du blé. Favoriser une décomposition biologique rapide des résidus de culture et/ou introduire des cultures intermédiaires assainissantes constituent des perspectives de recherche sur lesquelles doivent porter nos efforts

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires de moisissures contaminant de façon naturelle de nombreuses denrées alimentaires, notamment les céréales. Le déoxynivalénol (DON), produit par Fusarium sp., est la mycotoxine la plus répandue dans le monde. Du fait de sa grande stabilité chimique, le DON est difficile à éliminer, et se retrouve dans les céréales et les produits finis ou il induit des effets toxiques pour l'homme et l'animal. De nouvelles stratégies de lutte sont mises en places, telle la transformation biologique utilisant des bactéries ou des plantes. En effet certaines bactéries possèdent des enzymes capables de transformer le DON en de nouveaux composés, le déepoxy-déoxynivalénol (DOM-1) et le 3-épi-déoxynivalénol (3-epi-DON). De plus, certaines plantes sont naturellement capables de transformer le DON dans le but de l'éliminer et de le détoxifier, formant ainsi le deoxynivalénol-3-ß-D-glucoside (D3G). L'objectif de cette thèse était d'évaluer la toxicité de ces dérivés du DON au niveau de l'intestin et du système immunitaire par le biais d'analyses in silico, in vitro, ex vivo et in vivo. Les tests de toxicité in vitro sur la lignée humaine intestinale cellulaire Caco-2 montrent que le DOM-1, le 3-epi-DON et le D3G n'étaient pas cytotoxiques, ils ne modifiaient ni la viabilité, ni la fonction de barrière des cellules, mesurée par la résistance électrique transépithéliale. Les tests de toxicité ex vivo sur des explants jéjunum porcin ont montré que le DOM-1, le 3-epi-DON ou le D3G n'induisaient pas de modifications histomorphologiques. En revanche, les explants exposés au DON montraient des lésions morphologiques et une régulation positive de l'expression des cytokines pro-inflammatoires. L'impact de ces trois dérivés a été également analysé sur l'expression de l'ensemble des gènes du tissu, avec une analyse microarray. Ceci a montré que ces dérivés du DON n'induisaient aucun changement dans l'expression des gènes par rapport au groupe contrôle. Le DON quand a lui exprimait différentiellement 747 sondes, correspondantes à 333 gènes impliqués dans l'immunité, la réponse inflammatoire, le stress oxydatif, la mort cellulaire, le transport moléculaire et la fonction mitochondriale. L'analyse in silico a montré que le D3G, contrairement au DON était incapable de se lier au site-A du ribosome, principale cible de la toxicité pour le DON. Les deux dérivés microbiens eux, étaient capables de se fixer au site-A au sein du ribosome, mais contrairement au DON ils ne formaient que deux liaisons hydrogènes au lieu de trois. De plus, ces trois dérivés n'induisaient pas de stress ribotoxique, d'activation des MAPKs (mitogen-activated protein kinases), et de réponse pro-inflammatoire. Une étude complémentaire a été menée in vivo pour évaluer la toxicité du DOM-1 chez le porc (gavage pendant 21 jours avec .0.14mg / kg de poids vif). Les résultats ont montré que le DOM-1, contrairement au DON n'induisait pas les effets toxiques du DON au niveau des paramètres zootechniques (pas de vomissements, aucune diminution de la consommation alimentaire ou de perte de poids), sur l'intestin et le foie (pas de dommages tissulaires), ou sur la réponse immunitaire (pas de réponse inflammatoire induite). En conclusion, nos résultats montrent l'efficacité de ces transformations enzymatiques. La déepoxydation et l'épimérisation bactérienne, ainsi que la glycosylation par les plantes permettent de sensiblement diminuer la toxicité du DON, passant par une absence de toxicité sur le ribosome avec une absence d'activation des MAPKs et de réponses inflammatoires. Dans ce contexte de contamination par les mycotoxines, ces méthodes de luttes alternatives semblent être des approches prometteuses. / The Fusarium sp. mycotoxin deoxynivalenol (DON) is one of the most frequently widespread mycotoxin worldwide. Due to its high structural stability, the elimination of DON, once present in cereals or feed materials, becomes difficult. Thereby, it is present in many cereals and final feed products, inducing several toxic effects on human and animals, and causing big economic losses. New strategies of to fight against mycotoxins were developed, as biological transformation, either by the use of bacteria or plants. Indeed, some microorganisms are able to transform DON in new products, by enzymatic reaction, forming the deepoxy-deoxynivalenol (DOM-1) and the 3-epi-deoxynivalenol (3-epi-DON). Moreover, some plants naturally own the capacity to glycosylate DON in the aim to detoxify it, forming the deoxynivalenol-3-ß-D-glucoside (D3G). The aim of this thesis was to assess the toxicity of these DON derivatives, on the intestine and immune response, using several approaches such as in silico, in vitro, ex vivo and in vivo models. On the human intestinal Caco-2 cell line, DOM-1, 3-epi-DON and D3G were not cytotoxic; they did not alter its viability and barrier function, as measured by the trans epithelial electrical resistance. The expression profile of DOM-1, 3-epi-DON and D3G-treated jejunal explants was similar to that of controls and these explants did not show any histomorphology alteration. On the other hand, the treatment of intestinal explants with DON, induced morphological lesions and upregulated the expression of proinflammatory cytokines. The impact of these three derivatives was also studied on intestinal explants with a pan-genomic transcriptomic analysis. Results show that the derivatives of DON did not induce any change on the gene expression in comparison to the control-treated explants. In contrary, DON-treated explants differentially expressed 747 probes, representing 323 genes involved in immune and inflammatory responses, oxidative stress, cell death, molecular transport and mitochondrial function. In silico analysis revealed that D3G, opposing to DON, was unable to bind to the A site of the ribosome, which is the main target for DON toxicity. Both DOM-1 and 3-epi-DON were able to fit into the pockets of the A site of the ribosome but only by forming two hydrogen bonds, while in this position, DON forms three hydrogen bonds. Moreover, the three derivatives do not elicit a ribotoxic stress, MAPKinase activation, and inflammatory response. Then, an in vivo study was carried out to assess the toxicity of DOM-1 on pig (feed forced during 21 days at 0.14 mg/Kg BW). The results showed that DOM-1 does not have as much toxic effects as DON on zootechnical parameters (no emesis induced, no decrease of food consumption or weight loss observed), on intestine and liver (no tissues damages), or on the immune response (no inflammatory response induced). Our data demonstrate that bacterial de-epoxidation or epimerization of deepoxy-DON modified its interaction with the ribosome, leading to an absence of MAPKinase activation and toxicity; and that the glycosylation of DON suppresses its ability to bind to the ribosome and decreases its intestinal toxicity. The mycotoxin deoxynivalenol (DON) remains an important challenge in many regions in the world. Thus, these biological detoxifications of DON seem to represent a new promising approach helping manage the problem of its contamination.