The soil microbiome : control of Fusarium graminearum and transmissionto the wheat belowground compartments, influenced by environmental andagronomic factors | Le microbiome du sol : contrôle de Fusarium graminearum et transmission à l'environnement racinaire du blé sous l'effet de déterminants environnementaux et agronomiques

Английский. Reducing the use of phytosanitary products constitutes one of the major axes of the agroecological transition. In this context, it is urgent to develop strategies ensuring effective and sustainable management of parasitic pressure, while preserving the environment. Mobilization of the soil microbiome, and particularly the bacterial community, represents one of these solutions. Although it has been demonstrated that part of these communities is capable of limiting the impact of crop pathogens, the relationships between the environment of the microbiome and its capacity to regulate plant diseases still remain largely unknown. The ambition of this thesis project was to evaluate the impact of factors, such as soil conditions and agricultural practices, on the structure and functioning of the soil microbiome and to analyze the relationship between these modifications and the capacity of the microbiome to participate in the regulation of Fusarium head blight. This project is structured around two axes of research, aiming to (1) determine which factors explain the suppressive nature of soils with respect to the pathogen Fusarium graminearum, and (2) evaluate the influence of the environment on the assembly of the soil and wheat microbiome. To meet these objectives, a network of 103 plots in the Limagne plain (Puy-de-Dôme, France) was mobilized. The plots represented a diversity of soil types and agricultural practices, and were divided into either intensive agriculture, organic agriculture, or soil conservation agriculture. Soil samples were taken from each plot and characterized by (1) agricultural practices (2) physicochemical analyses, (3) their bacterial community by metabarcoding of the 16S rDNA gene and (4) in vitro inhibition tests (fungistasis) of the pathogenic fungus Fusarium graminearum. Among these 103 plots, 98 were used to collect samples of wheat (Triticum aestivum) rhizosphere and roots, that were also described through their bacterial community. Finally, nine soils among the 103 were selected for the cultivation and infection of wheat by F. graminearum under controlled conditions. The fungistasis test revealed great variability within the sample as well as the ability of certain soils to completely inhibit the germination of the fungus. Perennial soil characteristics and bacterial diversity were related to soil fungistasis. There was also a correlation between the abundance of Burkholderia spp. and fungistasis. Comparison of bacterial microbiomes from soil, wheat rhizosphere and roots revealed different compositions between the three compartments. The microbial composition in the soil influenced those of the rhizosphere and roots of the same plot. The physicochemical characteristics and the management system influenced the composition of the bacterial community in the three compartments. Experimentation under controlled conditions did not reveal a link between microbiome (diversity and composition) and symptoms of Fusarium head blight, nor a link between fungistasis and in planta symptoms on the same soil. Overall, this work contributes to evaluating the possibilities of using agricultural practices as a lever for agroecological control of Fusarium head blight in wheat, through the modulation of natural microbial communities.

Французский. La réduction de l'utilisation des produits phytosanitaires constitue l'un des axes majeurs de la transition agroécologique. Dans ce contexte, il est urgent de développer des stratégies assurant une gestion efficace et durable de la pression parasitaire, tout en préservant l'environnement. La mobilisation du microbiome du sol, et notamment des communautés de bactéries qui le composent, représente une de ces solutions. S'il a été démontré qu'une partie de ces communautés était capable de limiter l'impact de pathogènes des cultures, les relations entre l'environnement de ce microbiome et sa capacité à réguler les maladies des plantes restent encore largement méconnus. L'ambition de ce projet de thèse était d'évaluer l'impact de facteurs, telles que les conditions pédologiques et les pratiques agricoles, sur la structure et le fonctionnement du microbiome du sol et d'analyser la relation entre ces modifications et la capacité du microbiome à participer à la régulation de la fusariose de l'épi. Ce projet s'articule autour de deux axes de recherche, visant à (1) déterminer quels facteurs expliquent le caractère suppressif des sols vis-à-vis de l'agent pathogène Fusarium graminearum, et (2) évaluer l'influence de l'environnement sur l'assemblage du microbiome du sol et du blé. Pour répondre à ces objectifs, un réseau de 103 parcelles d'agriculteurs de la plaine de Limagne (Puy-de-Dôme, France) a été mobilisé. Les parcelles représentaient une diversité de types de sols et de pratiques agricoles, et se répartissaient soit en agriculture conventionnelle, soit en agriculture biologique, soit en agriculture de conservation. Des échantillons de sol ont été prélevés dans chaque parcelle et caractérisés par (1) les pratiques agricoles (2) des analyses physico-chimiques, (3) leur communauté bactérienne par metabarcoding du gène ADNr 16S et (4) des tests d'inhibition in vitro (fongistase) du champignon pathogène Fusarium graminearum. Parmi ces 103 parcelles, 98 ont servi au prélèvement d'échantillons de rhizosphère et de racines de blé (Triticum aestivum) dont la communauté bactérienne a également été recensée. Enfin, neuf sols parmi les 103 ont été sélectionnés pour la culture et l'infection du blé par F. graminearum en conditions contrôlées. Le test de fongistase a révélé une grande variabilité au sein de l'échantillon ainsi que la capacité de certains sols à inhiber complètement la germination du champignon. Les caractéristiques pérennes du sol et la diversité bactérienne étaient liées à la fongistase des sols. Il existait aussi une corrélation entre l'abondance de Burkholderia spp. et la fongistase. La comparaison des microbiomes bactériens du sol, de la rhizosphère et des racines du blé a révélé des compositions différentes entre les trois compartiments. La composition microbienne dans les sols influençait celles de la rhizosphère et des racines dans une même parcelle. Les caractéristiques physico chimiques et le système de culture influençaient la composition de la communauté bactérienne dans les trois compartiments. L'expérimentation en conditions contrôlées n'a pas révélé de lien entre microbiome (diversité et composition) et symptômes de la fusariose, ni de lien entre fongistase et symptômes in planta sur un même sol. Dans l'ensemble, ces travaux contribuent à évaluer les possibilités d'utilisation des pratiques agricoles comme levier de contrôle agroécologique de la fusariose du blé, à travers la modulation des communautés microbiennes naturelles.