Role of phenology in plant-pest interactions : Experimental and mathematical modeling approaches applied to maize stem borers | Rôle de la phénologie dans les interactions des plantes et de leurs ravageurs : Une approche expérimentale et de modélisation mathématique appliquée aux ravageurs foreurs de tige du maïs

英语. To limit the use of phytosanitary products, studying the role of phenology in plant-pest interactions may help elaborate alternative control strategies. The match between the physiological stage of the plant and the pests is essential to ensure their interactions. Their interactions are also impacted by plant defenses that can vary along the course of development in their type (physical, chemical) and their intensity, notably depending on plant earliness due to a growth-defense trade-off.The objective of this thesis is to understand how these components and their interactions can impact the pest infestation dynamics of maize (Zea mays) by the European Corn Borer (ECB) (Ostrinia nubilalis). First, I tested the existence of a growth defense trade-off in maize, relying on data acquired in a previous thesis (Sanane, 2020). The sensibility to ECB of maize inbred lines issued from two divergent selection experiments on time to flowering was studied. For each selection experiment, a population of early inbred lines and a population of late inbred lines were produced from a commercial line. The resulting inbred lines are genetically close but differ in their flowering time,providing a well-adapted plant material to study the growth-defense trade-off. Three approaches were used to characterize these inbred lines: (i) leaf discs palatability tests for ECB larvae, (ii) field infestation dynamics survey, and (iii) biochemical analyses of maize cell wall components. Within one of the two genetic backgrounds, results showed that early inbred lines had lower quantities of defense components, were more palatable, and were more infested in the field than late families. Such results are in line with the growth-defense trade-off.Then, the effect of the phenological match-mismatch on ECB field infestation was studied on a maize panel of 23 inbred lines contrasted for flowering time. In 2021 and 2022, each inbred line was sown at three different dates to confront pests to different maize development stages. Plant development and pest infestation dynamics were monitored over the season. Results showed a large variability in pest infestation dynamics between years, sowing dates, and inbred lines, with notably a significant interaction between the sowing date and the inbred line. A non linear relationship between plant development and pest success highlighted the impact of plant-pest phenological match-mismatch.These two previous results underline the complexity of the role of phenology in plant-pest interactions: the components of infestation dynamics (phenological match-mismatch, plant defense dynamics, growth-defense trade-off) interact with each other, making difficult to quantify their respective weights. In the last part of this thesis, I proposed to explore the effect of these components using a mathematical modeling approach. The main mathematical approaches to model plant pest interactions are detailed, and a theoretical model coupling plant phenology, pest phenology, and plant defense dynamics is proposed.The results of this thesis provide clues for using the maize genetic diversity for its resistance traits and phenology to propose more environmentally friendly control strategies.

法语. Dans un objectif de limitation de l'usage de produits phytosanitaires pour le contrôle des insectes ravageurs des cultures, le rôle de la phénologie dans les interactions plante-ravageur peut être exploré pour proposer des stratégies innovantes de protection des cultures. L'adéquation des stades de développement d'un insecte herbivore et de sa plante hôte est déterminante pour leurs interactions. Ces interactions sont également impactées par les stratégies de défense mises place par les plantes. Ces défenses peuvent varier au cours du développement de la plante par leur nature (chimique, physique) et leur intensité, notamment selon la précocité, du fait d'un compromis croissance-défense.L'objectif de cette thèse est de comprendre comment ces différentes composantes et leurs interactions impactent la dynamique d'attaque du maïs (Zea mays) par un de ses insectes ravageurs, la pyrale (Ostrinia nubilalis).Dans un premier temps, l'existence d'un compromis croissance-défense a été questionné en analysant les données collectées dans le cadre d'une thèse précédemment menée (Sanane, 2020). La sensibilité à la pyrale de lignées de maïs issues de deux expériences de sélection divergente pour la date de floraison a été étudiée. Pour chaque expérience de sélection divergente, à partir d'une lignée commerciale, une population de lignées précoces et une population de lignées tardives ont été produites. Les lignées produites sont génétiquement proches, mais diffèrent par leur date de floraison, constituant un matériel végétal approprié pour étudier le compromis croissance-défense. Les lignées avaient été caractérisées par trois approches : (i) la mesure de leur appétence par des tests de consommation des larves sur disque foliaire, (ii) le suivi de la dynamique de leur infestation naturelle par la pyrale, (iii) la caractérisation biochimique de leurs parois. Pour un seul des deux fonds génétiques, l'analyse de ces données a mis en évidence que les lignées précoces possèdent moins de composés associés à la défense contre les ravageurs, sont moins appétentes, et plus infestées au champ que leurs homologues tardives. Ces résultats sont en faveur d'un compromis entre croissance et défense.Dans un second temps, le rôle du calage maïs-pyrale et de leurs phénologies respectives sur la dynamique d'infestation des plantes par la pyrale a été étudié à partir d'un panel de 23 lignées de maïs contrastées pour leur date de floraison. En 2021 et 2022, ces lignées ont été semées à trois dates afin de confronter le ravageur à plusieurs stades de développement de chaque lignée. Le développement des plantes et la dynamique d'infestation naturelle ont été caractérisés par des suivis réguliers au cours de la saison. Les résultats mettent en évidence une grande variabilité dans la dynamique d'infestation selon les années, les dates de semis et les lignées avec notamment une interaction entre la lignée et la date de semis, soulignant l'importance du calage des phénologies des plantes et des ravageurs.Ces deux précédents résultats mettent en évidence la complexité du rôle de la phénologie dans les interactions plantes-ravageurs : les composantes de la dynamique d'infestation (calage des phénologies plante-ravageur, dynamique des défenses des plantes, compromis croissance-défense) interagissent entre elles, rendant difficile la quantification de leurs poids respectifs. Aussi, dans la dernière partie de cette thèse, il est proposé d'explorer l'effet de ces composantes par une approche de modélisation mathématique. Un modèle théorique couplant la phénologie des plantes, des ravageurs ainsi que la dynamique d'acquisition des défenses des plantes est proposéLes résultats de cette thèse donnent des pistes de réflexion sur comment utiliser la diversité génétique du maïs concernant ses traits de résistance à la pyrale et sa phénologie pour proposer des solutions de contrôle plus respectueuses de l'environnement.