Les associations symbiotiques Epichloë- graminées fourragères les plus étudiées concernent le ray grass anglais (Lolium perenne) avec Epichloë festucae var. lolii et la fétuque élevée (L. arundinaceum) avec E. coenophiala. Ces champignons peuvent synthétiser des alcaloïdes toxiques pour le bétail tels que l’ergovaline et le lolitrème B. Mon travail de thèse a consisté à explorer les facteurs en lien avec la production de mycotoxines dans les graminées. Pour cela différentes études ont été conduites sur la fétuque et le ray grass afin de révéler i) la présence de souches endophytées toxinogènes dans le Sud Ouest de la France et ii) l’influence des conditions climatiques françaises sur la synthèse d’ergovaline et de lolitrème B dans des variétés fourragères connues pour être responsables de cas de toxicité sur d’autres continents. / The most studied symbiotic associations Epichloë- cool seasons grasses concern perennial ryegrass (Lolium perenne) with Epichloë festucae var. lolii and tall fescue (L. arundinaceum) with E. coenophiala. These fungi can synthesize alkaloids that could be toxic to livestock such as ergovaline and lolitrem B. My thesis work was to explore the factors related to the production of mycotoxins in grasses. Different studies have been conducted on tall fescue and perennial ryegrass to reveal i) the presence of endophyte-infected toxigenic strains in the South West of France and ii) the influence of environmental conditions of Saint-Affrique (Aveyron) on the synthesis of ergovaline and lolitrem B in forage varieties known to be responsible for toxicity on other continents.

We conducted two experiments evaluating perennial ryegrass straw as a forage source for ruminants. Experiment 1 evaluated digestion and physiological variables in steers offered perennial ryegrass straw containing increasing levels of lolitrem B. Sixteen ruminally cannulated Angus X Hereford steers (231 ± 2 kg BW) were blocked by weight and assigned randomly to one of four treatments (TRT). Steers were provided perennial ryegrass straw at 120% of the previous 5-d average intake. Prior to straw feeding, soybean meal (SBM) was provided (0.1% BW; CP basis) to meet the estimated requirement for degradable intake protein. Low (L) and high (H) lolitrem B straws (<100 and 1550 ppb, respectively) were used to formulate TRT diets: LOW (100% L); LOW MIX (67% L:33% H); HIGH MIX (33% L:67% H); HIGH (100% H). Intake and digestibility of DM and OM, and ruminal pH, total VFA, and NH₃-N were not affected by increasing lolitrem B concentration (P>0.13). Ruminal indigestible ADF (IADF) fill increased linearly (P=0.01) and IADF passage rate (%/h) decreased linearly (P=0.04) as lolitrem B level increased. Experiment 2 evaluated performance and production of 72 Angus X Hereford cows (539 ± 5 kg BW) consuming perennial ryegrass straw containing increasing levels of lolitrem B during the last third of gestation. Cows were blocked by body condition score (BCS) and randomly assigned to one of three TRT. Cows were provided perennial ryegrass straw ad libitum and supplemented with SBM (0.1% BW; CP basis) to meet the estimated requirement for degradable intake protein. Mixtures of a L and H lolitrem B straw (467 and 2017 ppb, respectively) were used to formulate TRT diets: LOW (100% L); MIX (50% L:50% H); HIGH (100% H). Thirteen of 24 cows on the HIGH TRT exhibited signs of ryegrass staggers and were removed from the study. Dry matter intake was not affected (P>0.12) by increasing lolitrem B concentration; however, estimated DM digestibility decreased linearly (P<0.01) as lolitrem B concentration increased. Lolitrem B concentration did not influence pre- or post calving weight or BCS change (P>0.10). These data suggest that feeding perennial ryegrass straw containing up to 1550 ppb lolitrem B does not adversely affect nutrient digestion or physiological response variables in steers. However, providing straw with a lolitrem B concentration of approximately 2000 ppb resulted in 54% of cows exhibiting signs of ryegrass staggers. Blending of H and L straws appears to be a successful management practice. Keywords: Alkaloid, Beef Cattle, Endophyte, Lolitrem B, Perennial Ryegrass, Straw / Graduation date: 2004

No description available.

The fungal endophyte Epichloë festucae forms a largely mutualistic association with the ryegrass species Lolium perenne. E. festucae produces a range of bio-protective alkaloids that protect the host grass from herbivory by both mammals and insects. One such alkaloid, Lolitrem B, is a potent mycotoxin and the causative agent of ryegrass staggers in livestock. Ten genes required for biosynthesis of lolitrem B are encoded in the ltm gene cluster. The ltm genes are expressed in a plant-specific manner, with high levels of expression in planta and very low levels of expression in culture. The mechanism regulating ltm gene expression is unknown but it is predicted to involve signalling from the host plant. The ltmM gene was chosen for use in the investigation of ltm gene regulation because the flanking regions do not contain retrotransposon sequence, which surrounds much of the ltm gene cluster. To identify fungal genes involved in the plant-induced expression of ltmM, a mutagenesis and screening system was developed using a PltmM-gusA ‘knock-in’ construct to detect expression from the ltmM promoter. Agrobacterium tumefaciens-mediated T-DNA mutagenesis was used to create a set of mutants with random insertions in the genome. Mutants were then screened for altered PltmM-gusA expression, both in culture and in planta. Three mutants were identified with increased PltmM-gusA expression in culture, however, no mutants were identified with loss of PltmM-gusA expression in planta. This indicates that a mechanism of repression is involved in the plant-induced expression of ltmM, either directly or indirectly. TM mutants of interest were also observed for altered symbiosis phenotypes. Mutants were identified with reduced colonisation rates and altered hyphal growth in planta. Integration sites were identified for two colonisation mutants and the disrupted genes are predicted to be the CTP:cholinephosphate cytidylyltransferase (CCT) gene PCT1 and the mitogen-activated protein kinsase kinase (MAPKK) gene mkk2.

The Grasslands II perennial ryegrass (Lolium perenne L.) mapping population comprising F1 progeny with the two parents (one plant each from the cultivars Samson and Impact) (Crush et al., 2007) was used to detect putative quantitative trait loci (QTL) for leaf Rubisco turnover and herbage yield traits. Rubisco turnover was described by three mathematical parameters: d (maximum Rubisco content), g (time of d) and f (a measure of curve width). All three parameters exhibited continuous variation among the F1 progeny. Sixteen QTL were detected, seven for Rubisco turnover and nine for herbage yield traits. Support interval overlap on linkage group (LG) 1 and close location on LG2 for plant dry weight (DW) QTL in this study and in a previous analysis (Sartie, 2007) of the same mapping population suggests DW QTL stability across environments. Some QTL identified by Sartie (2007) were not re-confirmed in this study, but new QTL were identified. This suggests genotype x environment interaction generated by variable expression of genes in different environments. Clusters of QTL with overlapping support intervals were found on LG2 and LG5. The cluster on LG2 included QTL for herbage yield traits leaf lamina length (LL), tiller number (TN), productivity index (PI) and DW. The cluster on LG5 included QTL for DW, PI, TN, and d. These two regions offer potential for plant breeding applications. Apart from the QTL for d on LG5, there was no co-location of Rubisco turnover and herbage yield QTL. However, principal component analysis indicated plants with lower d tended to have higher DW; thus Rubisco turnover effects on plant productivity may relate to energy cost of Rubisco synthesis rather than photosynthetic capacity. DW was generally unrelated to f and g; therefore, hypothesised nitrogen use inefficiencies arising from premature Rubisco degradation, or retention of Rubisco at leaf senescence, were not confirmed. LG5 and LG7 on which QTL for d were located have conserved syntenic regions with rice chromosomes 8 and 9 where QTL for Rubisco content at different stages during heading were mapped by Ishimaru et al (2001a).

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv. / Härtill 4 uppsatser.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l'atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L'objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d'identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l'objet d'une validation et d'une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l'expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d'exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l'atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n'a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ - 25%) par l'exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l'allocation de biomasse et l'allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l'utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP.

L'objectif de notre travail a été étudié le transfert de C dans la plante et vers la rhizosphère de Lolium perenne afin d'expliciter le couplage entre le fonctionnement de la plante et la rhizodéposition.<br />Nous avons d'abord déterminé la contribution du carbone récemment assimilé par la plante à la rhizodéposition. Nous avons ainsi réalisé un double marquage long des parties aériennes des plantes (14CO2 et 13CO2) afin d'estimer la répartition dans la plante et les compartiments rhizosphériques du C récent et le C plus anciennement assimilé. Contrairement à ce qui est admis généralement, le C ancien, probablement issu de la remobilisation de composés de réserve, contribue significativement à la rhizodéposition.<br />Nous avons ensuite évalué sur des dispositifs expérimentaux de terrain l'influence de contraintes subies par les parties aériennes de la plante sur les flux de C récent vers la rhizosphère (augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique et défoliation). La disponibilité en azote dans le sol est un facteur déterminant de la réponse des plantes à l'élévation des concentrations en CO2 ou à la défoliation. A l'automne, une diminution de la rhizodéposition de C est observée pour les plantes soumises au doublement de CO2. Les composés organiques libérés par les racines sont minéralisés plus rapidement sous CO2 élevé que sous CO2 ambiant. La défoliation n'induit pas de variations notables de la disponibilité en C dans la rhizosphère, suggérant aucune influence significative de ce facteur sur la rhizodéposition. <br />Les interactions entre les facteurs de l'environnement et de gestion de la parcelle cultivée déterminent le fonctionnement de la plante et modulent les efflux de C à partir des racines, ce qui rend la rhizodéposition difficile à prédire et à modéliser. Il s'avère que les effets nets du doublement de CO2 ou de la défoliation sur la rhizodéposition sont beaucoup moins marqués au champ qu'en conditions contrôlées. Au delà de la contribution quantitative de la rhizodéposition au bilan de C dans le sol, les interactions entre la nature biochimique des rhizodépôts et l'activité biologique des sols nécessitent d'être approfondies.

Ph.d.-afhandling. Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole, 2002. / Haves også i trykt udg.

Genetic material of Lithuanian origin varieties, breeding lines and wild ecotypes representing P. pratense, P. bertolonii and P. phleoides species were studied for the most important agro-morphological and feeding value indicators as well as at the genetic level employing different biochemical–molecular markers. The water stress experiment clearly demonstrated the existence of different levels of water stress response in Phleum species, suggesting that P. phleoides might have evolved under conditions of limited water availability. “Blind” mapping by HRM was used successfully to map water stress response genes of timothy in the perennial ryegrass mapping population. In total, 12 putative water stress response genes were mapped in seven perennial ryegrass linkage groups. / Pasitelkus agromorfologinius, kokybės ir biocheminius – molekulinius metodus ištirtos lietuviškos kilmės pašarinių, žemaūgių bei stepinių motiejukų veislės, selekcinės linijos bei laukiniai ekotipai. Fiziologiniai sausros atsparumo tyrimų rezultatai įrodė, kad stepiniai motiejukai turi geriau išvystytą atsparumo sausrai mechanizmą. Pirmą kartą motiejukuose aptikti ekspresuojami atsparumo sausrai kandidatiniai genai HRM metodu sužymėti daugiametės svidrės genolapyje.