Nitrogen fertilization of the host plant influences susceptibility, production and aggressiveness of Botrytis cinerea secondary inoculum and on the efficacy of biological control

L'azote est connu pour influencer la sensibilité de certaines plantes à diverses maladies. Dans le cas des maladies causées par Botrytis cinerea, le rôle de la fertilisation azotée semble être variable, avec des niveaux élevés favorisant ou réduisant la gravité en fonction des études. Pour vérifier si cette variabilité pourrait être due à des différences possibles entre plantes hôtes, à la pression d'inoculum ou à un comportement différent de différentes souches de l'agent pathogène, des études ont été menées pour évaluer l'effet de différents régimes de fertilisation azotée sur la sensibilité de la tomate et de la laitue à six isolats de B. cinerea. Des effets épidémiologiques éventuels de la fertilisation azotée à travers la sporulation du pathogène et la pathogénicité de l'inoculum secondaire ont également été étudiés sur la tomate. Les plantes ont été cultivées dans un système hors-sol fertirrigué au goutte à goutte. Une nutrition azotée différentielle allant de 0,5 à 30 mM de nitrate a été appliquée pendant les quatre dernières semaines avant l'inoculation des plantes sur des feuilles (laitue) ou sur des plaies d'effeuillage (tomates). Après inoculation, les plantes ont été incubées dans des conditions propices au développement de la maladie. Sur la tomate, l'apparition de la maladie a été retardée et la sévérité globale des symptômes était plus faible pour tous les isolats aux doses de fertilisation azotée les plus élevées, indépendamment de la concentration d'inoculum. Toutefois, le taux d'expansion des lésions sur tige a été affecté différemment selon les souches, diminuant avec des niveaux croissants de fertilisation azotée pour les isolats les plus agressifs, mais augmentant pour les isolats moins agressifs. En contraste avec la tomate, la fertilisation azotée a augmenté la sévérité de la maladie sur la laitue pour tous les isolats testés. La sporulation de B. cinerea sur tomate a diminué significativement avec l'augmentation de la fertilisation azotée des plantes jusqu'à 15-30 mM de nitrate et la pathogénicité des spores a été fortement influencée par l'état nutritionnel de leur substrat de production. Elle était la plus élevée pour les spores produites sur des plantes ayant reçu des niveaux de fertilisation azotée très faibles ou très élevés (0,5 ou 30 mM nitrate) et la plus faible pour celles produites sur des plantes ayant reçu une fertilisation azotée modérée. La fertilisation des plantes a aussi fortement affectée l'efficacité de deux agents de lutte biologique (Trichoderma atroviride et Microdochium dimerum) à protéger les plaies d'effeuillage de la tomate contre B. cinerea. Les plus hauts niveaux de protection ont été obtenus avec la fertilisation azotée élevée et ceci a pu être lié à un retard dans le développement des symptômes sur les tiges, parfois associé à un ralentissement de l'expansion des lésions. Des études histologiques ont montré que la diminution de la gravité de la maladie sous fertilisation azotée élevée a été associée à une altération structurelle des cellules du mycélium de Botrytis. En présence d'un agent de lutte biologique, l'effet de l'agent pathogène a été en outre associé à une vacuolisation, dépôt de glycogène et mort des cellules mycéliennes. Les hypothèses pour expliquer ces résultats sont discutées à la lumière des effets physiologiques possibles de la fertilisation azotée sur la disponibilité des nutriments pour l'agent pathogène dans les tissus de l'hôte et de la production possible de métabolites de défense de la plante. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour manipuler la fertilisation azotée comme un outil pour la protection intégrée des cultures maraîchères.

Nitrogen (N) fertilization is known to influence the susceptibility of many plants to a variety of diseases. In the case of diseases caused by Botrytis cinerea, the role of N fertilization appears to be variable, with high levels either fostering or reducing severity depending on the studies. To test whether this variability could be due to possible differences in the host plants, inoculum pressure or in the behavior of different strains of the pathogen, studies were carried out to investigate the effect of different N fertilization regimes on the susceptibility of tomato and lettuce to six isolates of B. cinerea. Possible epidemiological effects of N fertilization through the sporulation of the pathogen and on the pathogenicity of resulting secondary inoculum were also investigated on tomato. Plants were grown in a soil-less drip-irrigation system. Differential N nutrition ranging from 0.5 to 30 mM NO3- was applied for the last four weeks prior to inoculation on the leaves (lettuce) or on leaf pruning wounds (tomato) and incubation of the plants in conditions conducive to disease development. On the tomato stems, disease onset was delayed and overall severity was lower for all isolates on plants with higher N inputs, regardless of inoculum concentration. However, the rate of stem lesion expansion was differentially affected depending on the strains, decreasing with increasing N fertilization levels for the more aggressive isolates, while increasing for the less aggressive isolates. In contrast with tomato, high N fertilization increased disease severity on lettuce for all isolates tested. On tomato plant tissue, sporulation of B. cinerea decreased significantly with increasing N fertilization up to 15-30 mM NO3- and the pathogenicity of the spores was significantly influenced by the nutritional status of their production substrate. It was highest for spores produced on plants with very low or very high N fertilization (0.5 or 30 mM NO3-) and lowest for those from plants with moderate levels of N fertilization. Plant fertilization also strongly affected the efficacy of two biocontrol agents (Trichoderma atroviride and Microdochium dimerum) to protect pruning wounds of tomato against B. cinerea. The highest levels of protection were obtained with high N fertilization and related to a delay in symptom development on the stems, sometimes associated with a slowdown in lesion expansion. Histological studies showed that the decrease in disease severity at high N fertilization was associated to structural alteration of Botrytis mycelial cells. In the presence of a biocontrol agent, the effect on the pathogen was further associated to vacuolisation, glycogen deposition and mycelial cell death. Hypotheses to explain these results are discussed in light of the possible physiological effects of nitrogen fertilization on nutrient availability for the pathogen in the host tissue and of possible production of defense metabolites by the plant. These results also open new possibilities for including the manipulation of N fertilization as a tool for the integrated protection of vegetable crops.