Biocontrôle de la flore fongique phytopathogène et/ou mycotoxinogène : étude des mécanismes moléculaires et physiologiques impliqués dans les interactions microbiennes antagonistes, optimisation des compétences des agents biologiques de contrôle identifiés

Biocontrol of plant pathogenic and/or mycotoxinogenesis fungal flora : study of the molecular and physiological mechanisms involved in microbial antagonist interactions, optimizing the biological agents of identified control

• Auteur / Autrice : Phuong Anh Nguyen
• Direction : Sabine Galindo, Angélique Fontana Tachon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Christian Jay-Allemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Galindo, Angélique Fontana Tachon, Florence Forget, Olivier Puel, Félicie Lauri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Forget, Olivier Puel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolomique

Fusarium verticillioides

Mots clés libres

Mycotoxinogenèse

Bio-Compétition

Dynamique microbienne

Transcriptomique

Mycotoxinogenesis

Bio-Competition

Microbial dynamics

Transcriptomic

Résumé

Fusarium verticillioides est une moisissure phytopathogène et mycotoxinogène dont l’occurrence est fréquente dans le sol et dans de nombreux céréales et végétaux et plus particulièrement dans le maïs et le blé. La contamination des cultures par F. verticillioides conduit à des maladies variées et est souvent associée avec une accumulation de mycotoxines. Les fumonisines B1 (FB1) and B2 (FB2) sont les toxines les plus dangereuses produites par F. verticillioides. Des conséquences létales de la consommation de produits alimentaires contaminés par les fumonisines ont été reportées chez les animaux et l’homme. Différentes démarches ont été utilisées pour lutter contre cette moisissure et ses toxines mais souvent liées à l’utilisation de fongicides chimiques par ailleurs reconnus pour leurs effets néfastes pour l’homme, les animaux et l’environnement. Des pratiques alternatives ont été développées pour préserver les récoltes en respectant les écosystèmes et la santé humaine et animale. L’utilisation d’amendements organiques est apparue comme une stratégie intéressante de contrôle des maladies des plantes en assurant un apport de PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) et agents de biocontrôle. Notre étude a donc eu pour but de caractériser les communautés microbiennes, et plus particulièrement celles d’intérêt pour le biocontrôle, d’amendements organiques et sols amendés ainsi que de tester leur potentiel antifongique envers F. verticillioides. Les mécanismes de biocontrôle ont été étudiés en utilisant des approches métabolomiques et transcriptomiques par séquençage haut débit. L’étude des communautés microbiennes dans les amendements et les sols amendés a été réalisée par pyroséquençage de marqueurs qui sont des portions du gène ribosomal 16S et de la séquence ITS2. Le microbiote des amendements est essentiellement constitué par les familles des Pseudonocardiaceae, Bacillaceae et Trichocomaceae qui incluent différents PGPM et agents antifongiques. Par ailleurs les amendements semblent favoriser l’installation des familles d’intérêt dans les sols tout en limitant celle des pathogènes tels les Nectriaceae qui comprennent des Fusarium pathogènes. Les tests d’antagonisme ont montré que les sols amendés réduisaient la croissance de F. verticillioides de façon plus importante que le sol de référence en inhibant la production de microconidies. La production de fumonisines a également été fortement réduite en présence des métabolites produits par le microbiote des sols amendés (plus de 68 % et 92 % pour FB1 and FB2 respectivement). Des souches d’actinomycètes isolées des amendements, et identifiées comme appartenant au genre Streptomyces, ont montré une activité antifongique envers F. verticillioides. Parmi celles-ci, Streptomyces AV05 a été sélectionnée pour les tests supplémentaires en raison de son fort potentiel d’inhibition vis-à-vis de F. verticillioides. Des comparaisons des endométabolomes et transcriptomes des 2 souches cultivées seules ou en confrontation ont été réalisées et de nombreuses différences ont été remarquées pour chacune entre les 2 modalités. Ainsi, 29 métabolites impliqués dans les modifications du métabolome de F. verticillioides en co-culture avec Streptomyces AV05 ont été identifiés et différentes voies métaboliques semblent avoir été affectées. L’étude du transcriptome des 2 souches a donné des résultats allant dans le même sens que celle du métabolome. En effet des changements significatifs de niveau d’expression ont été observés au niveau transcriptomique pour 800 gènes de F. verticillioides et 115 gènes de Streptomyces AV05 en situation de confrontation. L’identification de ces gènes est en cours et plusieurs d’entre eux semblent impliqués dans les modifications des profils métaboliques observées chez les 2 souches. L’intégration des données métabolomiques et transcriptomiques devrait permettre d’améliorer a compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la confrontation.

Fusarium verticillioides is a phytopathogenic and mycotoxigenic filamentous fungus that can be found with high occurrence in soils and in a wide range of cereals and vegetables, particularly in corn and wheat. The F. verticillioides contamination in crops leads to various diseases and is usually associated with an accumulation of mycotoxins. Fumonisin B1 (FB1) and fumonisin B2 (FB2) are the most dangerous mycotoxins produced by Fusarium verticillioides. Lethal consequences caused by fumonisins have been reported in animals and in human due to the consumption of contaminated food products. To deal with this pathogenic fungus and its mycotoxins, several approaches have been applied but they are usually based on the use of chemical agents that are reported to be unsafe for humans, animals and ecosystems. Alternative practices that maintain the quality and the abundance of crops while preserving the ecosystems and human and animal health have been developed. The application of organic amendments has been reported as an interesting strategy for controlling diseases by providing an abundant source of PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) and biocontrol agents. The aim of our study was to characterize the microbial communities of organic amendments and amended soils focusing on the microbial families of interest for biocontrol and to assess the antifungal potential of amended soils and their microbiota towards F. verticillioides. Mechanisms of biocontrol were studied using metabolomics and transcriptomics approaches. Evaluation of microbial communities in amendments and amended soils using pyrosequencing of the 16S rDNA and the ITS genes showed that the amendments contained mainly the families of Pseudonocardiaceae, Bacillaceae and Trichocomaceae that were believed to include various PGPM and antifungal agents. Furthermore, the amendments were expected to promote the families of interest in soil and also to limit those of pathogens such as Nectriaceae that might contain many pathogenic Fusarium. Antifungal assays showed that the amended soils reduced the F. verticillioides growth better than the reference soil by inhibiting the microconidia production. The fumonisin production was strongly reduced by the metabolites produced by the amended soils’ microbiota (up to 68 % and 92 % for FB1 and FB2 respectively). Some actinomycete isolates from these amendments were identified as Streptomyces and they demonstrated antifungal activity against F. verticillioides. Among the Streptomyces strains, Streptomyces AV05 was selected for further studies because of its strong inhibition towards F. verticillioides. The interaction between the Streptomyces strain AV05 as antagonist agent and F. verticillioides was investigated. The study of the endometabolome and the transcriptome of the two microorganisms was carried out in two different conditions: strains cultivated alone or in confrontation. Many modifications have been noticed into the endometabolome of the 2 microorganisms during the direct confrontation and 29 metabolites involved in the endometabolome alteration of F. verticillioides in co-culture with Streptomyces AV05 were identified. Many fungal metabolic pathways were suggested to have been affected. The results of the study of the mRNA of the 2 strains appeared to be in accordance with the metabolomics results. A change in the transcriptomic level was observed: 800 genes of F. verticillioides and 115 genes of Streptomyces AV05 were found to be expressed differently when the strains were cultivated alone or in confrontation. The identification of these genes is in progress. Many of them are expected to be responsible for the change in the metabolic profiles observed in the bacterial-fungal interaction. The integration of the metabolomic and transcriptomic informations could improve the understanding of the mechanisms of biocontrol during direct confrontation.