Root rots in pea, characterisation and biocontrol of the parasitic complex of telluric origin including Aphanomyces euteiches | Les pourritures racinaires du pois potager, caractérisation et biocontrôle du complexe parasitaire d’origine tellurique incluant Aphanomyces euteiches

Inglés. Pea root rots are a major concern for pea growing regions around the world. The disease is caused by a parasitic complex composed of many species of fungi and oomycetes of soil origin. In France, the main pathogen is the oomycete Aphanomyces euteiches. The identity of the other components of the parasitic complex and their respective contributions to the disease have never been investigated. No means of control is currently available to effectively control the disease except for a predictive bioassay that is questioned by some users. However, this test allows the avoidance of infested plots, which limits the multiplication of the major pathogen A. euteiches in the soil. In this context, the objectives of my thesis work were to i) develop a reliable prediction tool of the risk of root rots due to A. euteiches for pea growers ii) characterise the parasitic complex responsible for root rots of garden pea in France and iii) identify effective microbial biocontrol agents to fight against this parasitic complexA molecular quantification tool based on digital PCR (ddPCR) was developed in order to accurately quantify low inoculum densities of A. euteiches in soils. The tool was validated on 200 soil samples taken from four infested plots in northern France. A significant relationship between disease severity determined by bioassays and A. euteiches inoculum density in these soils was established and a model is proposed to predict disease severity from inoculum density. Spatial analysis of these two variables confirmed the aggregative structuring of the A. euteiches inoculum in the infested plots. A statistical analysis based on simulations performed on these spatial data led to the definition of a sampling strategy adapted to the heterogeneous distribution of A. euteiches in agricultural soils. This two-W head-to-head strategy provides a representative measure of inoculum density in plots and thus improves prediction accuracy.The composition of the pest complex was determined by molecular identification and pathogenicity testing of a collection of 317 isolates of fungi and oomycetes from symptomatic pea roots collected from infested fields in northern France, at the end of the crop and during one growing season. The analysis revealed the prevalence of the fungi Fusarium oxysporum, F. solani, and F. redolens, known in other countries to be involved in the disease. It also revealed unexpected pathogens such as Clonostachys rhizophaga, which had never been reported as a pathogen of pea before. Furthermore, this analysis showed that fungal and oomycete communities associated with root rots evolve over the course of a cropping season. A molecular analysis based on a metabarcoding approach was used to compare the diversity of these communities between symptomatic and asymptomatic plants.Finally, various biocontrol agents were tested in vitro, in greenhouses and in the field, but no convincing results were obtained, highlighting the difficulty of developing biocontrol methods for a pest complex in field crops.In conclusion, this work will have provided pea growers with a reliable methodology for predicting the risk of root rots caused by A. euteiches. It also allowed us to verify the hypothesis that a parasite complex with a high specific richness is involved in the disease in France, opening up research prospects for its control. Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)

Francés. 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 n’ont jusqu’à présent jamais été recherchées. Aucun moyen de lutte n’est actuellement 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 dans les sols de l’agent pathogène majeur A. euteiches. Dans ce contexte, les objectifs de mon travail de 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 agrégative 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 œuvre 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.