Evolution de l'agressivité des champignons phytopathogènes, couplage des approches théorique et empirique

Les organismes vivants puisent leurs ressources de l'environnement pour les allouer aux différentes fonctions biologiques assurant leur développement (croissance, survie, reproduction). La quantité de ressources disponibles dans un environnement étant limitante, les individus doivent faire des compromis lors de l'allocation de ces ressources à leurs différentes fonctions biologiques. Ces compromis contraignent le développement des individus et entraînent d'autres compromis entre leurs traits d'histoire de vie (âge et taille à maturité, nombre de descendants), conditionnant ainsi leurs capacités d'adaptation à l'environnement. Au cours de cette thèse, nous avons étudié par modélisation les stratégies d'allocation des ressources entre la croissance intra-hôte et la production de spores au cours d'une infection par un unique génotype pathogène et déterminé les stratégies optimales dans différentes conditions écologiques. Si le pathogène a un accès limité aux ressources de l'hôte, la stratégie optimale est toujours Bang-bang. Si au contraire l'accès aux ressources de l'hôte est illimité, la stratégie optimale est toujours Bang-mixte. Dans un deuxième volet de ces travaux, des éléments de validation empirique de ces modèles ont été recherchés au travers d'expérimentations menés sur un champignon pathogène nécrotrophe, Magnaporthe oryzae, présentant un accès limité aux ressources de l'hôte et sur un champignon biotrophe, Melampsora larici-populina dont l'accès aux ressources de l'hôte semble plutôt illimité. Les observations réalisées sont en adéquation avec les prédictions théoriques et confirment la pertinence des hypothèses et de la démarche de modélisationLiving organisms extract resources from their environment and invest them toward various biological functions (growth, survival, reproduction). Available resources in an environment are usually limited so that organisms have to trade-off the resources invested in different biological functions. These trade-offs in resource investment reverberate in trade-offs between life-history traits (age and size at maturity, number of offspring) and determine pathogen potential to adapt to their environment.During this work, we have studied resource allocation strategy during infection caused by spore-producing pathogen. We have determined optimal resource allocation strategies between intra-host multiplication and spore production in different ecological settings. The main result of this work is that the optimal strategy is defined by the existence of a latent period, a period of time during which all extracted resources are investing toward within-host multiplication and no spore is produced. After latency, when the pathogen has a limited access to host resources, consumed resources are invested toward spore production only (Bang-bang strategy). On the contrary, when the pathogen has an unlimited access to host resources, a fixed proportion of host resources are invested toward maintenance of within-host multiplication forms (Bang-mixte strategy). A second part of this work presents empirical test of these theoretical assumptions, through experimentations on Magnaporthe oryzae and on Melampsora larici-populina. Our observations on these pathogens seem to agree with our theoretical predictions and corroborate the relevance of our modelling assumptions and approachNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Influence des processus démographiques sur la structure et les caractéristiques génétiques des champignons phytopathogènes (cas de l'agent de la rouille du peuplier Melampsora larici-populina)

La structure génétique et la dynamique des populations des champignons phytopathogènes peuvent être influencées par de nombreux facteurs, ce que nous avons illustré à différentes échelles chez Melampsora larici-populina, l'agent de la rouille du peuplier. A l'échelle de la France, deux principaux groupes génétiques se différencient. Le premier, inféodé aux hôtes sauvages, est le produit de l'évolution des populations en conditions naturelles. Le second, formé suite au contournement de la résistance R7 portée par le cultivar "Beaupré", se caractérise par une forte proportion d"individus virulents 7 et présente des signatures de sélection et d'expansion démographique, témoins de l'invasion de ce groupe sur tous les peupliers (y compris sauvages) de la moitié nord de la France. A une échelle plus restreinte, nous avons examiné une zone de contact située dans les Alpes, où la délimitation entre les groupes cultivé et sauvage était la plus marquée. En testant l'effet du paysage, nous avons montré que le massif des Ecrins protégeait le groupe sauvage situé à l'est, en amont de la vallée de la Durance, de l'invasion des individus au profil cultivé venant du nord-ouest. Il n'en est pas de même dans la partie aval de cette vallée, colonisée annuellement par une vague épidémique, issue de ces deux groupes génétiques présents en amont de part et d'autre du Massif des Ecrins. En dernier lieu nous avons examiné les conséquences génétiques des évènements de colonisation, qui se traduisent par une augmentation de la différenciation par rapport à la source de l'épidémie ainsi qu'une érosion de la diversité génétique. Ce travail original a permis de souligner l'importance de combiner les approches d'épidémiologie et de génétique des populations pour caractériser au mieux les processus démographiques et leurs conséquences génétiquesMany factors can impact the genetic structures and population dynamics of fungal plant pathogens. Here we illustrated some of them at different spatial scales for the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. At the scale of France, two main genetic groups were found. The first one infects only wild hosts and results from natural evolution of rust populations. The second one was formed after the R7 resistance breakdown, which is carried by the cultivar ?Beaupré?. This group exhibited a high proportion of virulent 7 individuals and presented signs of selection and demographic expansion; these signs indicate the recent invasion of individuals from this group on both wild and cultivated poplars in the northern half of France. At a regional scale, we focused on a contact zone between the ?cultivated? and the ?wild? genetic groups, located in the Alps. Upstream the Durance River valley, the influence of landscape has been highlighted by the effect of the Ecrins range which protects the ?wild? group located on the east side from the invasion of individuals from the ?cultivated? group, which arise from the northwest. Downstream the valley the annual epidemic wave was shown to be composed of admixed individuals from ?wild? and ?cultivated? groups, originating from both sides of the Ecrins range. Lastly we assessed the genetic consequences of the colonization wave. We evidenced a gradual increase of genetic differentiation with the epidemic source and a loss of genetic diversity. This work highlights the need of combining population genetics and epidemiology to characterize demographic processes and their genetic consequencesNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Richesse et diversité des assemblages de champignons et d'oomycètes de hêtraies, en relation avec des facteurs climatiques et édaphiques (de la parcelle au continent)

Les sols forestiers sont des habitats hétérogènes, véritables réservoirs de microorganismes. Parmi ces microorganismes, les eucaryotes filamenteux (champignons et oomycètes) sont très divers et jouent un rôle important dans le fonctionnement et la durabilité des écosystèmes forestiers. Leur diversité et leur répartition spatiale à différentes échelles sont encore peu connues et les facteurs qui sous-tendent cette dispersion sont encore peu étudiés. Aussi, les objectifs étaient (i) d'exploiter le séquençage haut-débit pour des études d'écologie microbienne à large échelle et valider son application aux communautés d'oomycètes pathogènes en milieu forestier, (ii) de décrire ces communautés microbiennes, en termes de diversité et de structure, à différentes échelles spatiales (locale, régionale et continentale), (iii) de caractériser les variables biotiques et abiotiques structurant ces communautés et (iv) d'évaluer la réponse éventuelle des communautés aux variations climatiques. Une première étude pilote à l'échelle de la parcelle a été suivi de deux études à grande échelle spatiale le long de gradients environnementaux. Des gradients d'altitude et un gradient latitudinal, à l'échelle continentale, ont été utilisés comme gradient climatique. L'étude préliminaire a donc validé l'utilisation du pyroséquençage pour les communautés fongiques, et en particulier pour les espèces ectomycorhiziennes, et apporté des éléments pour établir une méthodologie d'échantillonnage couplée à cette technique. L'application de ces outils moléculaires à l'étude des communautés oomycètes pathogènes reste à optimiser. Les résultats obtenus sur les communautés fongiques telluriques suggèrent que dans l'hypothèse d'un réchauffement climatique, la richesse fongique ne serait pas directement affectée mais la composition des communautés le serait. La composition des communautés fongiques est également fortement liée au pH du sol. Ces résultats sont à affiner en étudiant plus en détail divers groupes taxonomiques et écologiques en lien avec des variables climatiques plus précises. Par ailleurs, de nombreuses perspectives sont envisageables pour améliorer la détection des oomycètes dans les sols forestiers, qui reste un challenge en écologie microbienneForest soils are heterogeneous habitats full of microorganisms. In particular, the filamentous eukaryotes (fungi and oomycetes) exhibit a huge diversity and play essential functions in the dynamic and sustainable growth of the forest ecosystem. However, their diversity and their distribution are poorly known; thus, so are the structuring factors of these microbial communities. The main goals were: (i) use a high-throughput pyrosequencing to study soil microbial communities at a broad geographical scale, and particularly to validate its use for the study of soil forest pathogenic oomycete communities, (ii) study the diversity and structure of fungal and pathogenic oomycetes communities at several spatial scales, (iii) identify possible climatic and edaphic variables structuring these communities and (iv) estimate the possible response of these microbial communities to climatic variation. A pilot study was undertaken at the stand scale. Then, two additional studies were carried out along environmental gradients at the regional and continental scales. The use of the pyrosequencing technique was found appropriate for the fungal communities, but difficulties arose in studying the pathogenic oomycete community. At the stand scale, results suggested the soil to be a valuable substitute for the roots to access the ectomycorrhizal richness and composition using pyrosequencing. The results along the broad scale gradients suggested that fungal richness may not be affected by climate warming but that the composition would be. Moreover, our work indicated that soil pH is a major factor explaining fungal community composition. The main conclusions are still to be confirmed and deeper knowledge of the response of different fungal phylum, or family, would be required. The detection and thus the diversity estimation of the pathogenic oomycetes in forest soil remains a current challengeMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Étude des conditions de l'émergence du phytophthora alni sur l'aulne glutineux

Depuis les années 1990, l'aulne glutineux, espèce clé des ripisylves, est affecté par un oomycète qui cause son dépérissement : Phytophthora alni subsp. alni (Paa). La genèse de Paa est liée à un événement d'hybridation interspécifique entre deux espèces proches, improprement nommées P. alni subsp. uniformis (Pau) et P. alni subsp. multiformis (Pam), car initialement considérées comme des variants de Paa. L'objectif de cette thèse était d'identifier les facteurs ayant pu jouer un rôle dans l'émergence de la maladie en Europe. Par une approche de génétique des populations, nous avons montré que Pau est une espèce invasive en Europe, probablement originaire d'Amérique du Nord. Après son introduction, l'hybridation de Pau avec Pam serait l'un des facteurs essentiels de l'apparition de Paa. Nos résultats confirment que Paa aurait été généré suite à des hybridations récurrentes, qui ont structuré géographiquement les populations en Europe. L'analyse de la variabilité génétique de Paa, révélée par des marqueurs microsatellites, a toutefois montré un faible polymorphisme, avec un génotype dominant largement répandu en Europe. Par ailleurs grâce à la modélisation, nos résultats ont établi que le dépérissement du houppier des aulnes est lié à la température. En particulier l'incidence de la maladie augmente lors des hivers doux, qui pourraient favoriser la survie du mycélium de Paa, celui-ci ne présentant pas de structure de survie hivernale (chlamydospores ou oospores). La température estivale joue également un rôle, plus complexe à interpréter. On constate en effet que l'incidence de la maladie diminue avec l'augmentation des températures estivales, mais ce phénomène pourrait dépendre d'autres facteurs tels que l'état physiologique des arbres ou le type de communautés microbiologiques présentes dans les sols. Inversement, le phénomène de guérison des arbres est favorisé par des températures hivernales basses et par des températures estivales élevées. L'émergence de la maladie ne peut pas être expliquée par le changement climatique. Cependant, une augmentation des températures hivernales dans le futur dans le cadre du changement climatique aggraverait très probablement l'épidémieSince the early 1990's alder decline caused by the oomycete Phytophthora alni subsp. alni (Paa) is one of the most important threats to riparian ecosystems in Europe. The emergence of Paa is related to an interspecific hybridization event between two related species -initially considered as Paa variants- misnamed as Phytophthora alni subsp. uniformis (Pau) and Phytophthora alni subsp. multiformis (Pam). The objective of this thesis was to identify the factors that may have contributed to the emergence of the disease in Europe. Following a population genetics approach we showed that Pau is likely to be an invasive species in Europe, probably native to North America. Its introduction would have enabled hybridization with Pam and, consequently be a major cause on the emergence of Paa. Our results confirm that Paa has arisen from several hybridization events, which have geographically structured its European populations. Paa's genetic variability, revealed by microsatellite markers, showed low levels of polymorphism, with a dominant genotype scattered throughout Europe. In addition, a modelling approach revealed that alders' crown decline is linked to temperature. In particular, the disease incidence increases during mild winters which favours mycelium survival as Paa does not produce resistant spores (chlamydospores or oospores). The effect of summer temperatures is more complex to explain. Disease incidence decreases when summer temperatures are higher, but this phenomenon can also be linked to the physiological conditions of trees or changes in soil microbiological communities. Conversely, tree recovery is favoured by lower winter and higher summer temperatures. Climate change does not explain the emergence of the disease. However, increases in winter temperatures du to climate change may strengthen the epidemicMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

RAS sequences of 24 Phytophthora species

RAS-Ypt sequences of 24 Phytophthora species used in a mock community. Sequences were obtained through Sanger sequencing of 24 isolates. "Phytophtora sp.neb_1543" is a putative new species isolated from French Guianan soils