Pea root rot diseases : characterization and biocontrol of the disease complex including Aphanomyces euteiches.
Pourritures racinaires du pois potager : Caractérisation et biocontrôle du complexe parasitaire d'origine tellurique incluant Aphanomyces euteiches
Résumé
Root rots in peas are a major concern in most growing regions around the world. The disease is caused by a parasitic complex made up of many species of soil-borne fungi and oomycetes. In France, the main pathogen involved until recently was the oomycete Aphanomyces euteiches. The identity of the other components of the parasitic complex and their respective contributions to the disease have not been investigated. No control method is currently available to effectively control the disease, apart from a predictive biological test questioned by some users. However, this test allows the avoidance of infested plots, which furthermore limits the multiplication in soils of A. euteiches, i.e. the major pathogen. In this context, the objectives of my thesis work were to i) develop a tool for reliable prediction of the risk of root rots due to A. euteiches for pea producers ii) characterize the composition of the parasitic complex responsible for root rots in garden peas in France and iii) identify effective microbial biocontrol agents towards this parasitic complex. A digital PCR-based molecular quantification tool (ddPCR) was developed to accurately quantify low levels of A. euteiches in soils. The tool was validated using two hundred soil samples taken from four infested plots in northern France. A significant relationship between the disease severity and the inoculum density of A. euteiches in these soils was established and a model is proposed to predict the disease severity from the inoculum density. A spatial analysis of these two variables (inoculum density and disease severity) confirmed the aggregative structuring of the inoculum of A. euteiches in the form of foci in infested plots. A statistical analysis based on simulations carried out from these spatialized data led to the definition of a sampling strategy adapted to the heterogeneous distribution of A. euteiches in agricultural soils. This strategy (two W head-to-tail) makes it possible to obtain a representative measurement of the inoculum density in plots up to 12 ha and thus improves the accuracy of the disease risk prediction. The composition of the parasitic complex was determined by molecular identification and pathogenicity tests of a large collection of 317 isolates of fungi and oomycetes isolated from symptomatic pea roots collected from infested fields in northern France, at the end of cultivation and during a growing season. The analysis revealed the prevalence of fungi belonging to the genus Fusarium, including F. oxysporum, F. solani, and F. redolens known in other countries for their involvement in the disease. It also revealed unexpected pathogens like Clonostachys rhizophaga, which has never been reported as a pea pathogen before. In addition, this analysis showed that fungal and oomycete communities associated with root rots evolve during the growing season. A molecular analysis based on a metabarcoding approach was implemented to compare the diversity of fungal and oomycetes communities between symptomatic and asymptomatic plants. Finally, various biocontrol agents have been tested in vitro, in greenhouses and in the field, but no convincing results have been obtained, highlighting the difficulty of developing methods for the biocontrol of a parasitic complex in field crops. To conclude, this work provides the pea producers with a reliable methodology for predicting the risk of the appearance of root rots due to A. euteiches. It has also made it possible to verify the hypothesis according to which a parasitic complex with a high specific richness is involved in the disease in France too, opening up research perspectives for its control.
Les pourritures racinaires du pois sont une préoccupation importante pour les régions productrices à travers le monde. La maladie est causée par un complexe parasitaire composé de nombreuses espèces de champignons et d’oomycètes d’origine tellurique. En France, l’agent pathogène principalement incriminé est l’oomycète Aphanomyces euteiches. L’identité des autres composantes du complexe parasitaire et leurs contributions respectives à la maladie restent à déterminer. Aucun moyen de lutte n’est disponible pour contrôler efficacement la maladie hormis un test biologique prédictif remis en cause par certains utilisateurs. Ce test permet cependant l’évitement des parcelles infestées, ce qui limite la multiplication d’A. euteiches dans les sols. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient de i) développer un outil de prédiction fiable du risque de pourritures racinaires dues à A. euteiches à destination des producteurs de pois ii) caractériser le complexe parasitaire responsable de pourritures racinaires du pois potager en France et iii) identifier des agents de biocontrôle microbiens efficaces pour lutter contre ce complexe parasitaire. Un outil de quantification moléculaire basé sur la PCR digitale (ddPCR) a été développé afin de quantifier avec précision de faibles densités d'inoculum d'A. euteiches dans les sols. L’outil a été validé sur deux cents échantillons de sol prélevés dans quatre parcelles infestées du nord de la France. Une relation significative entre la sévérité de la maladie déterminée par des bio-essais et la densité d’inoculum d’A. euteiches dans ces sols a été établie et un modèle est proposé pour prédire la sévérité de la maladie à partir de la densité d’inoculum. L’analyse spatiale de ces deux variables a confirmé la structuration en foyers de l’inoculum d’A. euteiches dans les parcelles infestées. Une analyse statistique basée sur des simulations effectuées à partir de ces données spatialisées a abouti à la définition d’une stratégie d’échantillonnage adaptée à la distribution hétérogène d’A. euteiches dans les sols agricoles. Cette stratégie selon deux W tête-bêche permet d’obtenir une mesure représentative de la densité d’inoculum dans des parcelles et ainsi d’améliorer la précision de la prédiction.La composition du complexe parasitaire a été déterminée par identification moléculaire et test de la pathogénicité d’une collection de 317 isolats de champignons et d’oomycètes issus de racines symptomatiques de pois prélevés dans des champs infestés du nord de la France, en fin de culture et au cours d’une saison culturale. L’analyse a révélé la prévalence des champignons Fusarium oxysporum, F. solani, et F. redolens, connus dans d’autres pays pour leur implication dans la maladie. Elle a également révélé des agents pathogènes inattendus comme Clonostachys rhizophaga, qui n’avait jamais été signalé comme agent pathogène du pois auparavant. En outre, cette analyse a montré que les communautés fongiques et oomycètes associées aux pourritures racinaires évoluent au cours d’une saison culturale. Une analyse moléculaire reposant sur une approche de metabarcoding a été mise en oeuvre pour comparer la diversité de ces communautés entre plantes symptomatiques et plantes asymptomatiques. Enfin, différents agents de biocontrôle ont été testés in vitro, en serres et au champ, mais aucun résultat probant n’a été obtenu, mettant en évidence la difficulté de développer des méthodes de biocontrôle d’un complexe parasitaire en grandes cultures. Pour conclure, ce travail aura permis de fournir aux producteurs de pois une méthodologie fiable pour la prédiction du risque d’apparition de pourritures racinaires dues à A. euteiches. Il aura également permis de vérifier l’hypothèse selon laquelle un complexe parasitaire présentant une forte richesse spécifique est impliqué dans la maladie en France, ouvrant des perspectives de recherches quant à son contrôle.
Origine : Version validée par le jury (STAR)