Study of biological and ecological parameters involved in the epidemiology of wheat dwarf disease. | Etude de paramètres biologiques et écologiques impliqués dans l’épidémiologie de la maladie des pieds chétifs du blé

Английский. To meet alimentary, social and environmental challenges, our agri-food systems need to shift to more productive, sustainable and resilient models. To support this transition, improving pest management strategies is a main way to i) increase crop yields and ii) reduce the deleterious impact of agriculture on the environment. To achieve this transition, the adoption of integrated crop management (i.e. a combination of prophylactic and curative methods that reduce the use of synthetic pesticides) is a relevant strategy. Implementing such crop management requires a good understanding of i) the epidemic cycle of diseases and ii) the biological and ecological factors that impact their development. Despite a major research effort over the last three decades, these two requirements have not been met in the case of wheat dwarf disease (WDD). This viral disease, caused by the wheat dwarf virus (WDV) and transmitted by the leafhopper Psammotettix alienus, is associated with major yield losses in small grain cereals. During my PhD thesis, the impact of biological and ecological factors on Poaceae-WDVP. alienus interactions was assessed. Parameters associated with plant-virus interactions (i.e. infection rate, virus accumulation and/or transmission rate) and plant-vector interactions (i.e. preferences, survival and fecundity) were measured under controlled conditions. These parameters are involved in the introduction and/or spread of the WDD in plant populations, which has allowed hypotheses to be formulated on the epidemic processes of WDD. Data acquired during my PhD suggest that the host characteristics (e.g. status and/or host quality for WDV and P. alienus, source quality for WDV; i.e. biological factors) of non-crop Poaceae species (NCP) and cereal (i.e. wheat and barley) cultivars are essential determinants of the introduction and/or spread of WDD in non-crop and crop areas. These results have allowed the identification of i) a cultivar of interest that could limit the epidemic process in wheat fields (e.g. cv. Filon) and ii) PNC species that are potentially key in maintaining P. alienus and WDV during intercropping (e.g. Arrhenatherum elatius, Bromopsis erecta, Bromus hordeaceus, Bromus sterilis and Phalaris arundinacea). In addition, the work carried out during my PhD showed that the host and/or source qualities of plant species depend on ecological factors (i.e. co-infections between virus species and the composition of artificial plant populations). These results suggest that the WDD epidemic process is not only the product of Poaceae-WDV-P. alienus interactions. Thus, in the aim of improving management strategies against this disease, considering the biotic environment in which epidemics occur would help to better understand of the dynamics of the introduction and spread of WDD. My PhD work is contributing to the creation of a body of knowledge on the epidemiology of WDD, which would in fine make it possible to identify i) disease risk in agricultural fields and ii) methods to manage epidemics of WDD. All the work being done in this area is essential for the development of integrated and appropriate protection strategies against WDD in the future.

Французский. Pour faire face aux enjeux alimentaires, sociaux et écologiques actuels, nos systèmes agroalimentaires doivent transitionner vers des modèles plus productifs, plus durables et plus résilients. Pour accompagner cette transition, l’amélioration des stratégies de lutte contre les bio-agresseurs représente un axe majeur qui permettrait i) d’augmenter le rendement agricole et ii) de réduire l’impact délétère de l’agriculture sur l’environnement. Pour cela, la mise en place d’une protection intégrée des cultures (i.e. combinaison de méthodes prophylactiques et curatives, permettant de réduire l’utilisation de produits phytosanitaires de synthèse) représente une stratégie pertinente. La mise en place d’une telle protection requiert une bonne compréhension i) du cycle épidémique des maladies ainsi que ii) des facteurs biologiques et écologiques impactant son déroulement. Malgré un effort de recherche depuis les trois dernières décennies, ces deux prérequis ne sont pas remplis pour la maladie des pieds chétifs du blé (PCB). Cette virose, causée par le virus des pieds chétifs (WDV) et transmise par la cicadelle Psammotettix alienus, est associée à d’importantes pertes de rendements sur les céréales à paille. Dans cette thèse, l’impact de facteurs biologiques et écologiques sur les interactions Poaceae-WDV-P. alienus a été évalué. Pour cela, des paramètres associés aux interactions plante-virus (i.e. taux d’infection, accumulation virale et/ou taux de transmission) et plantevecteur (i.e. préférences, survie et fécondité) ont été mesurés en conditions contrôlées. Ces paramètres sont impliqués dans l’introduction et la propagation du WDV au sein de populations végétales, ce qui a permis de formuler des hypothèses sur les processus épidémiques des PCB. Les données acquises au cours de cette thèse suggèrent que les caractéristiques hôtes (e.g. statut et/ou qualité hôte pour WDV et P. alienus, qualité source pour le WDV ; i.e. facteurs biologiques) d’espèces de Poaceae non-cultivées (PNC) et de variétés céréalières sont des déterminants essentiels de l’introduction et/ou de la propagation des PCB dans les compartiments non-cultivés et cultivés. Ces résultats ont permis d’identifier i) une variété d’intérêt qui pourraient permettre de limiter le processus épidémique en parcelles céréalières (e.g. var. Filon) et ii) des espèces de PNC potentiellement clés pour le maintien de P. alienus ainsi que du WDV durant l’inter-culture (e.g. Arrhenatherum elatius, Bromopsis erecta, Bromus hordeaceus, Bromus sterilis et Phalaris arundinacea). En complément, les actions de recherche menées au cours de ma thèse ont permis de montrer que les qualités hôte et/ou source d’espèces végétales sont dépendantes de facteurs écologiques (i.e. co-infections entre espèces virales et composition de populations végétales artificielles). Ces résultats indiquent que le processus épidémique des PCB n’est pas le seul produit des interactions Poaceae-WDV-P. alienus. Ainsi, afin d'améliorer la stratégie de gestion de cette maladie, la prise en compte de l'environnement biotique dans lequel une épidémie se développe est nécessaire pour mieux comprendre la dynamique d'introduction et de propagation des PCB. Les travaux de ma thèse participent à la création d’un corpus de connaissances sur l’épidémiologie des PCB, qui permettra à termes d’identifier i) des situations à risques de PCB en parcelles agricoles et ii) des méthodes de lutte contre cette virose. L’ensemble des actions menées sur cette thématique sont essentielles afin de disposer, dans le futur, de stratégies de protection intégrées et proportionnées contre les PCB.