Mécanismes et applications du potentiel biomodulateur du microbiote associé au blé «Florence aurore» dans la promotion de la croissance et la résistance à Fusarium culmorum

Mechanisms and applications of the biomodulatory potential of the microbiota associated with “Florence aurore” wheat in the promotion of growth and resistance to Fusarium culmorum

• Auteur / Autrice : Mouadh Saadaoui
• Direction : Philippe Label, Hatem Chaar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 16/11/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...) en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre en Environnement Fluctuant
• Jury : Président / Présidente : Patricia Drevet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alia Dellagi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Imène Ouzari Cherif, Thomas Guillemette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusarioses

Cultures

Blé

Mots clés libres

Microbiote

Blé

Fusarium culmorum

Croissance

Résistance

Biomodulation

Wheat

Microbiota

Growth

Resistance

Fusarium culmorum

Lutte biologique

Résumé

Depuis ces dernières décennies, l'agriculture est soumise à de très fortes pressions pour atteindre des niveaux intensifs de production. La réussite de cet objectif, globalement atteint, est notamment liée à l'utilisation massive de pesticides et d'engrais chimiques. Néanmoins, l'utilisation de ces produits agrochimiques détériore profondément la qualité des sols, ainsi que l'environnement. L'enjeu serait le développement de pratiques agricoles durables qui exploitent les microbiomes naturellement associés aux cultures, notamment en culture céréalière. Cette thèse s'intéresse à éclairer les aspects complexes des communautés microbiennes associées à une variété ancienne de blé, en identifiant chez certains candidats leur potentiel bénéfique sur la croissance et l'immunité innée chez le blé. Deux cent six isolats fongiques et 102 isolats bactériens ont été isolés de la rhizosphère, des racines, et des épis de l'ancienne variété de blé Florence aurore. Parmi ces isolats, 6 souches de Trichoderma de la rhizosphère et 14 bactéries endophytes des racines de blé ont été sélectionnés afin de caractériser leurs potentiels biofertilisant sur la croissance végétale, et bioprotectant envers Fusarium culmorum, un agent pathogène dominant en Tunisie causant des maladies économiquement préjudiciables. Tous ces isolats ont démontré leur efficacité biostimulatrice in planta par l'augmentation des biomasses fraîche et sèche, ainsi que la teneur en chlorophylle chez des plants de blé sous conditions contrôlées. Ces aptitudes sont corrélées avec la capacité de ces souches in vitro à solubiliser le phosphate et le zinc, à produire des composés indoliques, de l'ammoniac et du cyanure d'hydrogène. Parallèlement, ces souches ont montré une aptitude bioprotectrice en élicitant les défenses végétales de manière systémique chez les jeunes plants de blé de 21 jours. De même, les endophytes bactériens Paenibacillus polymyxa, Paenibacillus peoriae et Pantoae agglomerans inhibent in vitro la croissance mycélienne, la sporulation et la germination des macroconidies de F. culmorum, soit par contact direct, soit en traitant le pathogène avec les fractions intracellulaires purifiées. Ces aptitudes antagonistes seraient expliquées par la production de composés organiques volatils, de substances antifongiques et d'enzymes extracellulaires lytiques telles que l'Amylase, la Cellulase, la Pectinase, la Protéase et la Chitinase. Ces observations offrent des solutions prometteuses afin de dynamiser plus fort encore des cultures céréalières plus productives en Tunisie et respectueuses de l'environnement.

In recent decades, agriculture has been under strong pressure to achieve intensive levels of production. The success of this goal, largely achieved, is notably linked to the massive use of pesticides and chemical fertilizers. However, the use of these agrochemical products profoundly deteriorates the quality of soils and the environment. The challenge lies in the development of sustainable agricultural practices that harness the naturally associated microbiomes in crops, especially in cereal cultivation. This thesis aims to shed light on the complex aspects of microbial communities associated with an ancient variety of wheat, by identifying their potential beneficial effects on wheat growth and innate immunity. A total of 206 fungal isolates and 102 bacterial isolates were obtained from the rhizosphere, roots, and ears of the ancient wheat variety Florence Aurore. Among these isolates, 6 strains of Trichoderma from the rhizosphere and 14 root endophytic bacteria were selected to characterize their biofertilization potential for plant growth and their biocontrol activity against Fusarium culmorum, a predominant pathogen in Tunisia causing economically damaging diseases. All these isolates demonstrated their biostimulatory effectiveness in planta by increasing fresh and dry biomass as well as chlorophyll content in wheat plants under controlled conditions. These capabilities correlated with the ability of these strains in vitro to solubilize phosphate and zinc, produce indolic compounds, ammonia, and hydrogen cyanide. At the same time, these strains showed biocontrol ability by eliciting systemic plant defenses in 21-day-old wheat seedlings. Similarly, the bacterial endophytes Paenibacillus polymyxa, Paenibacillus peoriae, and Pantoea agglomerans inhibited the mycelial growth, sporulation, and germination of F. culmorum macroconidia in vitro, either through direct contact or by treating the pathogen with purified intracellular fractions. These antagonistic abilities could be explained by the production of volatile organic compounds, antifungal substances, and extracellular lytic enzymes such as Amylase, Cellulase, Pectinase, Protease, and Chitinase. These observations offer promising solutions to further boost more environmentally friendly and productive cereal crops in Tunisia.