Ecologie et évolution théoriques des parasites de plantes annuelles

par Magda Castel

Thèse de doctorat en Biologie et agronomie

Sous la direction de Didier Andrivon.

Soutenue en 2013

à Rennes, Agrocampus Ouest .

mots clés

• Plantes -- Parasites
• Écologie végétale

Résumé

Les écosystèmes agricoles tempérés sont caractérisés par l'absence périodique de plantes hôtes, qui peut avoir un impact sur l’évolution des parasites. Pour être durable, la protection des cultures doit intégrer le potentiel évolutif des parasites. Cela nécessite une vision épidémiologique à long-terme peu accessible à l’expérimentation, et rend le recours aux modèles épidémiologiques pluriannuels particulièrement pertinent. Nous considérons une famille de modèles dits semi-discrets, correspondant à différents cycles de vie, selon le mode de reproduction du parasite et son mode d'infection primaire. Sous l'hypothèse d'un compromis entre multiplication pendant la saison et survie de saison en saison, une analyse de dynamique adaptative montre qu’une différentiation temporelle de niche écologique peut conduire à la diversification et à la coexistence de parasites aériens. Ces résultats sont cependant obtenus sous l'hypothèse d'une reproduction strictement asexuée, ne correspondant pas à la biologie de tous les parasites de plantes. Certains parasites produisent des formes de survie par reproduction sexuée auto-incompatible. Or, si cette dernière est obligatoire, la nécessité de trouver un partenaire sexuel compatible induit de la densité-dépendance positive à faible densité (effet Allee démographique). Sous l'hypothèse d'un compromis entre multiplication asexuée pendant la saison et allocation des ressources dans des formes de survie sexuées, nous montrons que l'évolution peut notamment conduire à la coexistence d'un morphe à reproduction strictement sexuée, et d'un morphe qui se reproduit par parthénogenèse cyclique. Cela nous permet d'émettre une nouvelle hypothèse expliquant le polymorphisme souvent observé en termes d'investissement dans la reproduction asexuée chez les parasites des plantes.

Résumé

Agricultural ecosystems under seasonality are characterized by periodic host plant absence, which may impact parasite evolution. Sustainable crop protection must incorporate parasite evolution. This requires a long-term epidemiological perspective, which is hardly amenable to experimentation, and makes multi-annual plant epidemic models particularly relevant. We consider a family of such models, termed semi-discrete models, which correspond to distinct life cycles, depending on the parasite reproduction mode (sexual or asexual) and its primary infection mode (airborne or soilborne, i. E. With or without negative density-dependence, respectively). Under the assumption of a trade-off between in-season multiplication and season-to-season survival, an adaptive dynamics approach shows that temporal niche differentiation can lead airborne parasites to diversify and coexist. These results assume a strictly asexual parasite life cycle, which does not correspond to all plant parasites. Some parasites produce survival forms by self-incompatible sexual reproduction. When sexual reproduction is mandatory, the need to find a mate induces positive density dependence at low density (demographic Allee effects). Under the assumption of a trade-off between in-season asexual multiplication and resource allocation to sexual survival forms, we show that evolution may lead to the coexistence of a strictly sexual morph with a cyclic parthenogenetic morph. Our findings provide a novel hypothesis (positive density dependance and Allee effects) for the frequent coexistence of sexual and asexual plant parasites.