Screening, efficacy and modes of action of microbial biocontrol compounds on the wheat-Zymoseptoria tritici pathosystem | Criblage, efficacité et modes d’action de composés de biocontrôle microbiens sur le pathosystème blé-Zymoseptoria tritici

Inglés. Septoria Tritici Blotch, caused by the hemibiotrophic fungus Zymoseptoria tritici, is one of the most severe diseases on wheat, responsible for yield losses up to 50%. Currently, strategies used to control this disease rely mainly on the use of chemical fungicides, and to a lower extent, on the use of partially resistant cultivars. Nevertheless, because of the pathogen resistances and an increasing social demand to reduce conventional pesticides in agriculture, new agroecological alternative crop protection methods, like biocontrol, must be developed. The main purpose of this thesis project was, therefore, to identify new effective biocontrol compounds on the wheat-Z. tritici pathosystem and to decipher their modes of action. An in vitro screening of a panel of 181 microbial compounds (fungal and bacterial extracts, rhamnolipids, lipopeptides…) was performed to assess their antifungal activity towards the pathogenic agent. The most active compounds were selected for further experiments, such as verifying their protection activity in planta. The ability of 19 rhamnolipids (RLs) to control the pathogen was explored and a structure-activity relationship study revealed that bioinspired RLs with ether or ester links and a 12 carbon hydrophobic fatty acid tail were the most effective for all tested biological activities (biocide activity, wheat defense elicitation and protection efficacy). Among them, Rh-Est-C12 was the most promising compound, with a protection efficacy of 78.9%. The potential of Rh-Est-C12 as well as mycosubtilin, a lipopeptide also effective to protect wheat against Z. tritici, to induce host defenses was investigated using a combined transcriptomic and metabolomic approach. The RL did not trigger any major disorganization of the wheat leaf physiology, hence it would protect the host mainly through its direct activity towards Z. tritici while mycosubtilin would display a dual mode of action, antifungal effect and wheat priming. Mycosubtilin could prime wheat by interacting with its plasma membranes leading to flavonoids accumulation and other abscisic acid dependent responses. New insights in wheat defense mechanisms towards Z. tritici were reported. Finally, two Bacillus velezensis strains, isolated from wheat phyllosphere, displayed promising antifungal effect towards the pathogenic agent. Characterization of their metabolites was performed and the putative role of bacillomycin D molecule family as a potent Z. tritici antifungal lipopeptide was highlighted.

Francés. La septoriose, causée par le champignon hémibiotrophe Zymoseptoria tritici, est l’une des maladies les plus préjudiciables sur les cultures de blé, responsable de pertes de rendement pouvant atteindre 50%. La lutte contre cette maladie repose essentiellement sur l’utilisation des fongicides conventionnels et, dans une moindre mesure, sur le recours aux ressources variétales. Toutefois, en raison des résistances développées par l’agent pathogène vis-à-vis de ces leviers et d’une demande sociale croissante pour limiter l’utilisation des intrants chimiques en agriculture, des alternatives agroécologiques, comme le biocontrôle, doivent être développées. L’objectif de ce présent projet de thèse se situe dans ce contexte et vise à identifier des composés de biocontrôle efficaces sur le pathosystème blé-Z.tritici et de caractériser leurs modes d’action. Tout d’abord, un criblage in vitro d’un panel de 181 composés microbiens (extraits fongiques ou bactériens, rhamnolipides, lipopeptides, etc.) a été réalisé pour évaluer leur activité antifongique directe vis-à-vis de l’agent pathogène. Les composés les plus actifs ont ensuite été sélectionnés pour vérifier leur efficacité de protection in planta. Une étude de relation structure-activité a été menée avec 19 rhamnolipides (RL) et a révélé que ceux présentant des liaisons ethers ou esters, avec une chaine carbonée hydrophobe de 12 carbones, sont les plus efficaces pour toutes les activités biologiques testées (activité biocide, élicitation des défenses du blé et efficacité de protection). Parmi eux, le Rh-Est-C12 s’est montré le plus prometteur, avec une efficacité de protection de 78,9%. Le potentiel de ce RL, ainsi que de la mycosubtiline, un lipopeptide efficace pour protéger le blé contre Z. tritici, pour stimuler les défenses du blé, a été étudié à l’aide d’une approche combinée de transcriptomique et de métabolomique. Le RL n’a pas déclenché de modifications majeures de la physiologie foliaire de blé ; celui-ci protégerait donc l’hôte principalement via son activité directe vis-à-vis du champignon, alors que la mycosubtiline semble présenter un mode d’action double, basé sur l’activité antifongique directe et la potentialisation des défenses du blé. Cette induction des défenses pourrait résulter de l’interaction de la mycosubtiline avec les membranes cytoplasmiques du blé, conduisant à une accumulation de flavonoïdes dans les feuilles, mais aussi à d’autres réponses dépendantes de la voie de l’acide abscissique. Ces travaux ont par ailleurs permis de mettre en évidence de nouveaux mécanismes dans les réactions de défense du blé vis-à-vis de Z. tritici. Enfin, deux nouvelles souches isolées de Bacillus velezensis ont présenté une activité antifongique prometteuse contre l’agent pathogène, résultant probablement de la production de lipopeptides, comme la baccilomycine D, dont l’activité sur Z. tritici mériterait d’être explorée.