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Fusarium head blight (FHB) is a horribly destructive fungal diseases of barley. FHB is caused by a species complex of Fusaria, of which Fusarium graminearum Schwabe is the main causal species of FHB epidemics in Canada. Field surveys show that two or more Fusarium species often co-exist within the same field or grain sample and F. poae is reported as another important species in barley in Ontario and Quebec. The aim of this study was to observe the pathogenicity of F. graminearum, F. poae and a co-inoculation of both species causing FHB in barley. Two susceptible barley cultivars were spray-inoculated at 10 to 14 days after heading. Phenotypic disease severity was rated on a scale of 0-9 at 4, 7, 14, 21, and 28 days after inoculation. There was a significant difference in FHB severity between F. graminearum and F. poae, where infection with F. graminearum produced more severe disease ratings. F. poae generated lower disease ratings and was not statistically different from the control. When heads were co-inoculated with both Fusarium species, the resulting FHB severity was unchanged 54relative to heads inoculated with F. graminearum only. The ratio of F. graminearum to F. poae genomic DNA was also no different than when heads were inoculated with F. graminearum alone, as quantified with ddPCR using markers specific to each species. Metabolomic analysis of sample extracts corroborated our other findings where F. graminearum appeared to outcompete F. poae in barley also at the mycotoxin level. Barley cultivar did not have a significant effect on visual FHB disease ratings and fungal DNA detection, however there were some chemical differences between cultivars in response to challenge by both F. graminearum and F. poae.

La fusariose de l’épi est une des maladies les plus importantes du blé. Elle est causée par un complexe d’espèces dont les plus courantes sont F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale. Ces champignons infectent les épis de blé au moment de la floraison mais l’impact de contaminations tardives sur les grains est peu compris. De plus, deux ou trois espèces sont susceptibles de co-infecter un même épi, ce qui pourrait modifier leur développement et leur production de toxines dans l’épi. Pour étudier ces problématiques, plusieurs isolats appartenant aux espèces citées ont été caractérisés selon leurs traits de vie et leur agressivité sur épi. Nous avons ensuite étudié le développement de souches de Fusarium inoculées 3 jours avant ou 0, 8, 18 ou 28 jours après la sortie des premières anthères. Les niveaux de maladie et toxines se sont révélés maximum autour de la floraison. La date d’inoculation semble conditionner la sévérité de la maladie et influencer le développement des souches. Des contaminations précoces et tardives seraient malgré tout possibles avec des isolats agressifs, ce qui ouvre la possibilité de telles infections au champ. Dans une deuxième expérimentation, nous avons étudié la compétition entre F. graminearum et les autres espèces (F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale). Les réponses se sont avérées variables ; néanmoins, les souches agressives ne sont pas influencées ou légèrement favorisées par la présence d’un compétiteur alors que les souches peu agressives sont défavorisées par la présence de souches agressives. La production de toxines est, dans la plupart des cas, restée stable ou a diminué en co-inoculations par rapport aux inoculations simples. Dans une dernière expérimentation nous avons étudié la compétition entre souches associée à leurs mouvements dans l’épi. Inoculés seuls, les champignons progressent dans la totalité de l’épi alors que la présence d’un second champignon empêche leur développement, ce qui suggère une interaction compétitive entre eux. Cette étude apporte de nouveaux éléments nécessaires à la compréhension de l’épidémiologie de ces agents pathogènes et des niveaux de contamination à l’échelle du champ. / FHB is a potentially very damaging wheat disease, present in most wheat-growing areas and caused by a species complex from which F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus and M. nivale are the most common. These fungi may infect wheat spikes at flowering but infections at late stages of kernel development are poorly understood. Moreover, disease surveys have shown that co-infection of the same spike by two or three species is frequent and could modify their development in spikes. To investigate these questions, several isolates of the species cited above were characterised for their life traits and aggressiveness on spikes. We then investigated the development of Fusarium isolates inoculated on wheat spikes 3 days before or 0, 8, 18 and 28 days post anthers extrusion. The highest disease and toxin levels were found around anthesis. The inoculation date appeared to condition the disease severity and to influence the isolates development. Early or late contaminations were however possible with aggressive isolates, which suggest the possibility of such infections in field. In a second experiment, we studied the competition between F. graminearum and the other species (F. culmorum, F. poae, M. majus and M. nivale). The responses were variable; nevertheless, aggressive isolates were most of the time unchanged in their development or even promoted whereas less aggressive isolates were reduced against more aggressive ones. The toxin levels were generally unchanged or they decreased in co-inoculations compared to single inoculations. In a last experiment, we investigated the isolate competition and the movement of fungi in the spikes. Alone, isolates progressed in the whole spike whereas the presence of another fungus impaired their development, suggesting a competitive interaction. This study contributes to our understanding of these pathogens epidemiology and provides new elements for a better understanding of the contamination of wheat kernels at the field level.

La fusariose de l'épi est une des maladies les plus importantes du blé. Elle est causée par un complexe d'espèces dont les plus courantes sont F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale. Ces champignons infectent les épis de blé au moment de la floraison mais l'impact de contaminations tardives sur les grains est peu compris. De plus, deux ou trois espèces sont susceptibles de co-infecter un même épi, ce qui pourrait modifier leur développement et leur production de toxines dans l'épi. Pour étudier ces problématiques, plusieurs isolats appartenant aux espèces citées ont été caractérisés selon leurs traits de vie et leur agressivité sur épi. Nous avons ensuite étudié le développement de souches de Fusarium inoculées 3 jours avant ou 0, 8, 18 ou 28 jours après la sortie des premières anthères. Les niveaux de maladie et toxines se sont révélés maximum autour de la floraison. La date d'inoculation semble conditionner la sévérité de la maladie et influencer le développement des souches. Des contaminations précoces et tardives seraient malgré tout possibles avec des isolats agressifs, ce qui ouvre la possibilité de telles infections au champ. Dans une deuxième expérimentation, nous avons étudié la compétition entre F. graminearum et les autres espèces (F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale). Les réponses se sont avérées variables ; néanmoins, les souches agressives ne sont pas influencées ou légèrement favorisées par la présence d'un compétiteur alors que les souches peu agressives sont défavorisées par la présence de souches agressives. La production de toxines est, dans la plupart des cas, restée stable ou a diminué en co-inoculations par rapport aux inoculations simples. Dans une dernière expérimentation nous avons étudié la compétition entre souches associée à leurs mouvements dans l'épi. Inoculés seuls, les champignons progressent dans la totalité de l'épi alors que la présence d'un second champignon empêche leur développement, ce qui suggère une interaction compétitive entre eux. Cette étude apporte de nouveaux éléments nécessaires à la compréhension de l'épidémiologie de ces agents pathogènes et des niveaux de contamination à l'échelle du champ.

La fusariosi della spiga è tra le malattie del grano più distruttive e diffuse al mondo. Alcune specie responsabili di questa malattia sono micotossigene. Ci sono state segnalazioni della presenza di nivalenolo (NIV) e tossine T-2 e HT-2 nel nord Italia, micotossine prodotte da Fusarium poae, F. sporotrichioides e F. langsethiae. I limiti massimi di T-2 e HT-2 ammessi nei cereali non trasformati e nei prodotti a base di cereali non sono ancora stati individuati (Regolamento CE 856/2005). Il programma di dottorato del candidato è inserito in questa linea di ricerca. Sono stati condotti studi in vitro sulla biologia ed ecologia dei funghi produttori di NIV, T-2 e HT-2, considerando quattro isolati di F. poae, due di F. sporotrichioides e due di F. langsethiae. Le prove hanno riguardato la crescita delle colonie, la produzione di spore, la loro germinazione e la produzione di micotossine. La gravità dell'infezione, l'invasione (quantità di DNA nelle spighe), la resa in granella e la produzione di tossine sono state misurate a diversi tempi, temperature (in planta) e stadi fenologici (in campo) dopo l'inoculazione artificiale. Al fine di verificare l'attendibilità dei dati, tutti gli esperimenti in planta e in campo sono stati ripetuti per due anni. / The Fusarium head blight is one of the most destructive diseases of wheat in different parts of the world. Some of the species responsible for Fusarium head blight are potentially mycotoxigenic. There are reports of nivalenol (NIV), T-2 toxin and HT-2 in northern Italy. These are metabolites produced by F. poae, F. sporotrichioides, and F. langsethiae. The maximum limits of T-2 and HT-2 permitted in unprocessed cereals and cereal-based products, included in EC Regulation 856/2005 has not been identified. The PhD program of the candidate is placed in this line of the research. In vitro studies conducted on the biological and ecological of pathogenic fungi producer NIV, T-2 and HT-2 including four isolates of F. poae, two of F. sporotrichioides and two isolate of F. langsethiae. Tests were carried out to investigate the conidia germination, colony growth, spore production and mycotoxins production. The infection severity, invasion (amount of DNA in spikes), grain yield and toxin production were measured at different temperatures, different time (in planta) and different growth stages (in field) after artificial inoculation.