Les populations de Pectobacterium pathogènes de la pomme de terre: lutte intégrée structure et génomique des populations.

par Kévin Robic

Projet de thèse en Biologie

Sous la direction de Denis Faure.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) (laboratoire) , Interaction Plantes-Bactéries (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 09-01-2017 .


  • Résumé

    Contexte économique: quelques chiffres … (source FAO stat 2013, Filière française plants pomme de terre 2015) La pomme de terre est la 4ème culture mondiale (376 Mt) après le riz, le blé et le maïs. La récolte française se situe au 2ème rang européen (après l'Allemagne) et au 7ème rang mondial (après Chine, Inde, Russie, Ukraine, USA, Allemagne). En termes de productivité seuls 5 pays dépassent les 42 t/ha : Pays-Bas, Belgique, USA, France et Allemagne; le rendement moyen des grands producteurs comme la Chine, l'Inde et la Russie est inférieur avec 25 t/ha. La France est le 1er exportateur mondial de pommes de terre en l'état. La production française est en forte croissance: en 20 ans elle a augmenté de +75 %. Seuls les pays du NEPG (North Western European Potato Growers Group: Allemagne, France, Pays-Bas, Belgique et Royaume-Uni) sont réellement exportateurs et font le marché mondial. Dans un contexte compétitif, le dynamisme de la production française se traduit par une balance commerciale positive pour les différentes filières concernées: la filière plant qui produit les tubercules semences (exportation de 120 000 t de tubercules certifiés en Europe, Moyen-Orient et Maghreb), la filière consommation (exportation de 1,8 Mt) et la filière transformation (exportation de 8 000 t). La filière plants est un acteur majeur de cette réussite internationale avec un catalogue diversifié et en constante amélioration, et des contrôles de qualité qui touchent à la fois les variétés (assurance de la nature du produit) et les agents pathogènes (assurance de sa qualité sanitaire). La production de plants de pommes de terre en France concerne 20 000 ha (dont 13 500 ha pour les producteurs du Comité Nord Plant de Pomme de Terre : CNPPT). La maladie de la jambe noire est causée par différents pathogènes appartenant aux genres bactériens Pectobacterium et Dickeya. En 2016, pour les producteurs du CNPPT, 557 ha ont été refusés à la certification pour cause de présence de symptômes de jambe noire. Ces pertes annuelles sont estimées entre 20 et 40 M€. A ces pertes doivent être ajoutés les coûts liés aux litiges avec les acheteurs des plants exportés. Par ailleurs, les efforts développés par la filière pour contrôler la qualité des lots récoltés sont très importants (tant humain que logistique et financier): le CNPPT teste plus de 1000 lots par an pour la seule présence des pathogènes Dickeya et Pectobacterium. Contexte pathologique : détecter et contenir les pathogènes, un enjeu majeur de la filière plant En France (et en Europe), les espèces de pathogènes causant la jambe noire, ainsi que la pourriture molle des tubercules, sont P. atrosepticum, P. carotovorum, P. wasabiae, Pc. brasiliense, D. solani et D. dianthicola. La taxinomie de ces espèces a connue de profonds changements au cours des 15 dernières années, et d'autres remaniements taxinomiques sont attendus. Si les populations de Pectobacterium sont considérées comme endémiques, celles de Dickeya sont considérées comme émergentes avec l'apparition de D. dianthicola à partir des années 1970, et D. solani à partir des années 2000 (Toth et al 2011). Les causes de cette apparition de Dickeya sont discutées et pourraient résulter de la conjonction de changements liés au climat (les Dickeya sont thermophiles vs les Pectobacterium psychrophiles), aux modes de cultures favorisant les transferts d'hôtes, aux échanges commerciaux … Aujourd'hui, la jambe noire est causée par un cortège de populations dont la proportion relative des différentes espèces est très variable d'un champ à l'autre. Les approches prophylactiques, notamment de détection des pathogènes et la surveillance des lots contaminés, sont un levier majeur de la certification de qualité des tubercules semences au sein de la filière plant. Les outils moléculaires utilisés aujourd'hui ne couvrent pas toutes les espèces de Pectobacterium et Dickeya pathogènes de la pomme de terre, ne sont pas quantitatives, nécessitent parfois des étapes complexes (amplification et restriction), et présentent parfois des faux-positifs, suggérant une faible sélectivité. Sachant que ces pathogènes n'ont pas tous la même incidence règlementaire (qualité vs quarantaine), un enjeu économique majeur de la filière plant française est de se doter d'outils performants (forte sélectivité et faible seuil de détection) couvrant l'ensemble des espèces à risque. Il n'existe aucun moyen de lutte curatif contre ces pathogènes. Actuellement trois approches complémentaires sont engagées par la filière plant : - Savoir détecter les pathogènes en tenant compte de leur diversité afin de proposer des produits de qualité ; - Développer des pratiques de lutte contre la prolifération et l'agressivité de ces pathogènes dans le cadre du plan Ecophyto, par l'usage d'agents biologiques de biocontrôle, de stimulateurs de défense… - Intégrer les trais de résistance (même partielle) dans les processus de création variétale. Le projet de recherche s'articule autour de quatre questions de recherche et leur développement appliqué: - Recherche de nouvelles méthodes de lutte axées soit sur la biostimulation de la croissance des populations de Pseudomonas précédemment identifiées pour avoir une activité d'antibiose contre les pathogènes ciblés, soit sur la recherche de phages anti-bactéries pectinolytiques ; - Combiner différentes nouvelles approches de lutte : agents biologiques (bactéries ou phages) de biocontrôle, biostimulants des agents de biocontrôle, stimulateurs de défense, diversité variétale afin de lutter contre Pectobacterium et Dickeya. - Connaitre la structure génétique et taxinomique des populations de Pectobacterium présentes aux champs en relation avec les pratiques culturales ; - Analyser par génomique comparative les taxons pathogènes du genre Pectobacterium (P. atrosepticum et P. wasabiae) de la pomme de terre afin de mettre à dispostion de la SIPRE des régions candidates permettant de développer des outils de détection sensibles et spécifiques. Le projet se déroule en 4 actions : 1. Recherche de nouvelles méthodes de lutte Des travaux au laboratoire, puis en serre et parcelles expérimentales seront mis en œuvre pour la recherche d'agents de biostimulation de la croissance des populations biocontrôle du genre Pseudomonas qu'elles soient natives (déjà présentes dans le sol) ou introduites (agents biologiques déjà caractérisés par la SIPRE, le CNRS et la RD3PT). Par ailleurs, le criblage, l'isolement et la caractérisation de phages anti-bactériens ciblés contre les bactéries pectinolytiques Pectobacterium et Dickeya seront mis en œuvre. 2. Protection contre les populations pathogènes Des essais expérimentaux en parcelles seront réalisés afin de tester la combinaison d'agents biologiques de protection déjà caractérisés par la SIPRE et le CNRS, avec des éliciteurs de défense des plantes sur des variétés plus ou moins sensibles de plants de pomme de terre. Les plants de pomme de terre seront inoculés par des populations complexes associant Pectobacterium et Dickeya. Seront suivis la dynamique des populations pathogènes et protectrices introduites, les niveaux de symptômes sur plante, les rendements en tubercules, ainsi que la transmission des pathogènes à la descendance (tubercules fils). 3. Structure des populations de Pectobacterium au champ. Depuis plusieurs années la SIPRE et le CNRS se sont engagés dans une analyse de la structure génétique de populations de Dickeya et Pectobacterium issues de champs présentant des symptômes de jambes noires. La SIPRE possède ainsi une collection de dizaines d'isolats provenant de champs dont l'histoire culturale est connue. Nous proposons d'étudier la structure génétique de ces populations par amplification et séquençage de marqueurs génétiques (gapA et dnaX) permettant d'accéder à une caractérisation spécifique et infra-spécifique. Des isolats dont la taxinomie est connue seront utilisés comme référence dans une représentation de type arbre de distance. Un intérêt particulier sera accordé à l'identification de nouveaux groupes taxinomiques ou à la cooccurrence de taxons des genres Pectobacterium et Dickeya. Cette action permettra aussi de mettre en relation la structure des populations avec les pratiques culturales des champs échantillonnés dont les informations ont été collectées par la SIPRE auprès des agriculteurs. 4. Génomique des populations pathogènes Des isolats (5 à 10) issus des différents taxons du genre Pectobacterium seront séquencés par une approche Illumina et comparés aux génomes déjà existant dans les données publiques ou au sein du laboratoire d'accueil CNRS. Ces comparaisons permettront d'identifier les traits génétiques qui sont spécifiques des différents taxons. Cette analyse génomique permettra de mieux caractériser les taxons présents dans les cultures de pomme de terre, mais aussi de mettre à disposition de la SIPRE des régions ADN propices à la proposition de marqueurs génétiques spécifiques de ces taxons. Ce travail sera entrepris pour les espèces P. atrosepticum et P. wasabiae.

  • Titre traduit

    Pectobacterium populations pathogenic of the potato : integrated struggle, structures and genomics of populations


  • Résumé

    Pectobacterium phytopathogens populations are the causative agents of the blackleg and the soft rot diseases on S. tuberosum, in the field or during tuber-storage. These diseases are the cause of important financial losses (20 30 M€ per year for the plant sector only). Today, no effective method permits to control these bacteria. This research project is structured around four research questions and their applied development: - Research on new control methods focused on biostimulation of growth of Pseudomonas populations, previously identified to have an antibiosis activity against these pathogens (biocontrol). - Potatos protection against pathogens thanks to elicitors of defenses. - Analysis of the structure of the pectobacterium population from symptomatic fields (collection available at SIPRE) - Analysis of the genomic of the pathogens population.