Gestion durable des maladies du tronc de la vigne dans les vignobles : focalisation sur les Botryosphaeriaceae afin de libérer des micro-organismes bénéfiques et les molécules bénéfiques associées.

Sustainable management of grapevine trunk diseases in vineyard : focus on Botryosphaeriaceae to deliver beneficial microorganisms and associated beneficial molecules.

• Auteur / Autrice : Catarina Da Cunha Maia Leal
• Direction : Florence Fontaine, Patricia Trotel-Aziz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de la reproduction
• Date : Soutenance le 07/12/2022
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec Instituto Agroforestal Mediterráneo (IAM), Universitat Politècnica de València (UPV), Valencia, Spain.
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Résistante Induite et Bioprotection des Plantes sites (RIBP) EA 4707 - USC INRAE 1488 (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe SDRP-URVVC
• Jury : Président / Présidente : Philippe Jacques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Fontaine, Patricia Trotel-Aziz, Alban Jacques, Josep Armengol, Ales Eichmeier, Marie-Claire Héloir
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alban Jacques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhizosphère

Microflore

Pied-noir (phytopathologie)

Botryosphaeria

Bacillus subtilis

Contrôle biologique

Cultures -- Rendements

Plantes -- Maladies cryptogamiques

Microorganismes phytopathogènes

Chardonnay (Cépages)

Vignobles

Maladies

Vigne

Mots clés libres

Botryosphaeriaceae

Garderie

Molécules Naturelles Bénéfiques

Agents BioControl

Beneficial Natural Molecules

BioControl Agents

Botryosphaeriaceae

Nursery

Résumé

La vigne (Vitis vinifera L.) est exposée à une grande variété d'agents phytopathogènes. Dès la pépinière, la vigne peut être infectée par de nombreux pathogènes. Aujourd'hui, les maladies fongiques du bois de la vigne (MDB) comptent parmi les principales responsables de la baisse de productivité de cette culture. La récente prise en compte de l'environnement dans le développement des pratiques de lutte a conduit à réduire fortement les traitements chimiques contre les MDB, laissant les viticulteurs avec peu de traitements efficaces. La priorité est alors donnée au développement d’alternatives durables, via la recherche de microorganismes bénéfiques (MOB) auxiliaires de la vigne, pour développer des produits de biocontrôle (BCA). Une analyse génomique complète a d’abord été réalisée sur le MOB Bacillus subtilis PTA-271, afin de connaître l’étendue de son potentiel prometteur contre les MDB. Les résultats obtenus ont montré un système fonctionnel de mobilité, une forte capacité de survie, et un ensemble de gènes codant pour des molécules bioactives capables de stimuler la croissance des plantes et leurs défenses, mais aussi d’influencer leur microbiote bénéfique et de contrer l'agressivité d‘agents phytopathogènes. Lors de tests complémentaires sur boutures en serre contre Neofusicoccum parvum Bt67 (Np-Bt67), Bacillus subtilis PTA-271 (Bs PTA-271) et Trichoderma atroviride SC1 (Ta SC1) ont montré que le cépage influençait leurs effets bénéfiques contre Np-Bt67. L'application simultanée des deux BCA s’est avérée plus efficace pour protéger les boutures de Tempranillo. L'analyse transcriptomique des mêmes échantillons a par ailleurs montré des réponses physiologiques de la vigne, induites par la pathogène, mais aussi par chaque MOB protecteur contre Np-Bt67, Bs PTA-271 pour le Chardonnay et Ta SC1 pour Tempranillo. Chez Tempranillo, l'infection par Np-Bt67 entraîne des changements plus substantiels d'expression de gènes, liés principalement à l'importation d'acides aminés, aux activités chloroplastiques et des photosystèmes, aux réponses des plantes aux stress biotiques, et à la synthèse de métabolites secondaires. La protection induite par Bs PTA-271 chez Chardonnay cible des gènes liés à la synthèse de l'ABA, à la voie des phénylpropanoïdes et des métabolites secondaires, et à la structure et l’organisation de la paroi cellulaire en lien avec le métabolisme des glucides qui mérite désormais plus d’attention. La protection induite par Ta SC1 aux boutures de Tempranilllo implique un plus grand nombre de changements qui sollicitent à la fois des transporteurs, l'intégrité et l'extension de la paroi cellulaire, la division cellulaire versus la mort cellulaire provoquée par les agents pathogènes, des protéines actives aux effets multidirectionnels, et des interactions avec le microbiome. Lors des essais en pépinière, les résultats obtenus ont montré une réduction significative du pourcentage de plants infectés par les pathogènes responsables du dépérissement à Botryosphaeria et de la maladie du pied noir, lors des traitements avec Ta SC1 et Bs PTA-271 respectivement. Les traitements simultanés avec les deux MOB ont montré une réduction des plants infectés par l’ensemble des pathogènes, qu’ils soient responsables du dépérissement à Botryosphaeria ou de la maladie du pied noir. En testant l'effet de Bs PTA-271 et Ta SC1 dans le microbiome de la rhizosphère de la vigne de deux sols différents infectés par les pathogènes du pied noir, les résultats montrent que l'inoculation de BCAs semble améliorer les réseaux de microbiome de la rhizosphère et l'état d'assainissement, cependant, l'effet bénéfique des BCAs peut être dépendant du sol. Dans l'ensemble, cette étude a apporté de nouvelles connaissances sur l'utilisation d'un ou plusieurs MOB contre plusieurs pathogènes responsables des MDB, de la pépinière à la vigne adulte. De plus, elle a mis en évidence le mode d'action des deux MOB dans la protection de la vigne.

Grapevine (Vitis vinifera L.) plants are exposed to a wide variety of pathogens, such as bacteria, viruses, phytoplasmas, fungi and nematodes. Since nursery stages, grapevine material can be infected with innumerous pathogens, that can cause unsuspected significant diseases. Nowadays, grapevine fungal trunk diseases (GTDs) are amongst the main constraints for the productivity of this crop. Once infected, plant productivity is decreased, leading to a plant slow or apoplectic death that causes important economic losses and limits vineyard sustainability. With recent environmental conscious practices, chemical treatments for GTDs have been hardly reduced, leaving viticulturists with few effective treatments. Investigation of biocontrol agents (BCAs) capable to forestall or at least to minimize the impact of GTDs, while being a sustainable treatment, is viewed as a research priority. Results from the full genomic analysis of Bacillus subtilis PTA-271 (as BCA with a potential) show a functional swarming motilit system, strong survival capacities and a set of genes encoding for bioactivesubstances known to stimulate plant growth or defenses, influence beneficialmicrobiota, and counteract pathogen aggressiveness. When tested against Neofusicoccum parvum Bt67 (thereafter Np-Bt67) in greenhouse cuttings, B.subtilis PTA-271 (BsPTA-271) and T. atroviride SC1 (Ta SC1) proved that the cultivar contributes to their beneficial effects against Np-Bt67. Moreover, the transcriptomic analysis from the same samples showed extensively the plant physiology changes induced by the pathogen but also by each BCA, Bs PTA-271 on Chardonnay and Ta SC1 on Tempranillo, to protect grapevine from Np-Bt67 infection. Thus, Chardonnay cuttings infected with Np-Bt67 showed overexpressed genes implicated on abscisic acid (ABA) biosynthesis and signaling pathways. In Tempranillo, the infection with Np-Bt67 leads to more substantial changes in gene expression, related mostly with amino acid import, chloroplast and photosystem related processes, plant responses to biotic stimulus, and biosynthesis of secondary metabolites. Protection induced by Bs PTA-271 in Chardonnay targets genes related to ABA biosynthesis, phenylpropanoid pathways and secondary metabolites, and cell wall structure/organization in relationship with carbohydrate metabolism that requires much more consideration. Protection with Ta SC1 in Tempranilllo requires a larger number of changes related to transporters, cell wall integrity and extension, cell division and pathogen induced cell death, multidirectional active proteins, and microbiome interactions.During the grapevine nursery process, the results demonstrated a significant reduction on the percentage of infected plants with Botryosphaeria dieback and Black-foot pathogens in the material treated with Ta SC1 and Bs PTA-271 respectively.The simultaneous treatments with both BCAs presented a reduction on infected plants with both Botryosphaeria dieback and Black foot pathogens. When testing the effect of Bs PTA-271 and Ta SC1 in grapevine rhizosphere microbiome of two different soil infected with Black foot pathogens, results show that the inoculation of BCAs seems to improve the rhizosphere microbiome networks and sanitation status, however, the beneficial effect of BCAs can be soil-dependent. Moreover, as observed in the other experiments, the combination of both BCAs improves their beneficial effect in the rhizosphere microbiome.Overall, this study brought new insights on the use of one or more BCAs against several GTD pathogens, from nursery to adult grapevines. Moreover, highlighted both BCAs mode of action in grapevine protection. Thus, these findings provide, not only a better understanding of BCAs, grapevine, and pathogens interactions, but are also a strong contribution for the future development of sustainable GTDs management strategies.