• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Ingénierie des fonctions biologiques
• Identifiant : 2020LILUR009
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 20/02/2020

Résumé en langue originale

Zymoseptoria tritici, causant la septoriose, est aujourd’hui l'agent pathogène le plus fréquent et le plus nuisible sur les cultures de blé, en particulier en France et dans le nord-ouest de l'Europe. La lutte contre Z. tritici repose essentiellement sur l'utilisation des fongicides, mais le champignon développe régulièrement des résistances à ces derniers, dont les inhibiteurs de la 14-α-déméthylase (IDM), l’une des familles les plus utilisées au champ. Toutefois, aucune étude approfondie n’a jusqu’ici été réalisée pour Z. tritici pour caractériser ses résistances aux IDM dans le nord de la France, où le blé est soumis à de fortes pressions de traitements. Ainsi, 100 souches monospores de Z. tritici ont été isolées dans cette région, et préalablement identifiées comme différents génotypes à l’aide de marqueurs microsatellites, ont été caractérisées pour leur statut de résistance aux IDM. Le séquençage du gène cyp51 a mis en évidence 18 altérations (dont cinq nouvelles) au niveau la protéine CYP51, la cible des IDM, distribuées en 23 haplotypes (combinaisons). Une modélisation in silico suggère que, parmi les cinq nouvelles altérations identifiées, seules deux d’entre elles (F218L et L385M) peuvent réduire l’affinité des IDM au site catalytique de la CYP51, donc potentiellement impacter la résistance. Un criblage moléculaire a permis de détecter, dans la population étudiée, 22 souches présentant des mécanismes de résistance additionnels (15 souches surexprimant le gène cyp51 et 7 souches multidrug resistant, MDR). Les souches possédant des mécanismes de résistance additionnels ont présenté in vitro des niveaux de résistance plus élevés à cinq IDM (époxiconazole, prothioconazole, metconazole, tébuconazole et prochloraz). De façon intéressante, les altérations sur la CYP51 est le mécanisme qui contribue le plus au niveau de résistance aux IDM (de 62 à 99 % du niveau de résistance totale observé, en fonction de la matière active considérée), suivi du caractère MDR (1 à 24 %) et de la surexpression du gène cyp51 (0 à 14 %). En revanche, aucune corrélation claire entre les altérations détectées et les niveaux de résistance phénotypiques (CI50) n’a été décelée, mais la présence d’autres mécanismes non-connus impliqués dans la résistance est suggérée, suite à l’observation d’une grande variabilité de CI50 pour des souches ayant le même profil moléculaire pour les trois mécanismes étudiés. Pour évaluer la fitness des souches hautement résistantes, en particulier MDR, 50 souches ont été évaluées pour leurs adaptations aux contraintes environnementales comme le stress thermique mais aussi pour des traits du pouvoir pathogène (taux de symptômes, sporulation et taille des pycnidiospores) et de compétition. En conditions in vitro et en présence d’IDM, les souches MDR possèdent une meilleure croissance pour toutes les températures testées (5, 10, 15, 20, 25 et 30 °C), suggérant que les variabilités thermiques saisonnières et les changements climatiques n’impacteraient pas l’expression du caractère MDR chez Z. tritici. En conditions in planta, sur deux cultivars de blé et en absence de fongicides, aucun coût de la fitness concernant le pouvoir pathogène n’a été observé pour les souches présentant des mécanismes de résistance additionnels. Toutefois, des co-inoculations de souches MDR vs non-MDR a montré que les souches MDR présentent une plus faible compétitivité comparativement aux souches non-MDR. L’ensemble de ces résultats fournis de nouvelles données sur la fitness des souches MDR de Z. tritici et met en lumière de nouvelles pistes d’études pour mieux comprendre leurs propagations.

Résumé traduit

Zymoseptoria tritici, causing Septoria tritici blotch, is today the most frequent pathogen on wheat crops, particularly in France and north-western Europe. Management of the disease is mainly based on the use of fungicides, but the fungus regularly develops resistance to them, particularly against 14-α-demethylase inhibitors (DMI), one of the most widely used families in the field. However, no studies have been carried out for Z. tritici to characterize resistance to these fungicides in northern France, where wheat is subject to high pressure from fungicide treatments. A total of 100 monospore strains of Z. tritici were thus isolated from this region, and previously identified as different genotypes using microsatellite markers, were characterized for DMI resistance status. Sequencing of the cyp51 gene revealed 18 alterations (including five new ones) in the CYP51 protein, the target of DMIs, distributed in 23 haplotypes (combinations). In silico modelling suggests that, among the five new alterations identified, only two of them (F218L and L385M) can reduce the affinity of IDMs at the catalytic site of CYP51, thus potentially impacting resistance. Molecular screening detected 22 strains with additional resistance mechanisms in the study population (15 strains overexpressing the cyp51 gene and 7 multidrug resistant strains (MDR)). Phenotypically, strains with additional resistance mechanisms showed higher levels of resistance at five MDRs (epoxiconazole, prothioconazole, metconazole, tebuconazole and prochloraz) tested in vitro. Interestingly, alterations in CYP51 is the mechanism that contributes the most to the level of resistance to IDMs (62-99% of the total resistance level observed, depending on the active ingredient considered), followed by the MDR trait (1-24%) and overexpression of the cyp51 gene (0-14%). However, no clear correlation between the alterations obtained and the levels of phenotypic resistance was detected, but the presence of other unknown mechanisms involved in resistance is suggested following the demonstration of high phenotypic variability for strains with the same molecular profile for the three mechanisms studied. To assess the fitness of highly resistant strains, 50 strains were evaluated for their adaptation to environmental constraints such as heat stress but also for pathogenicity traits (symptom rate, sporulation capacity and pycnidiospore size) and competition. Under in vitro conditions and in the presence of DMI fungicides, the MDR strains showed better growth at all tested temperatures (5, 10, 15, 20, 25 and 30 °C). Under in planta conditions, on two wheat cultivars and in the absence of fungicides, no fitness cost regarding pathogenicity was observed for strains with additional resistance mechanisms. However, MDR versus non-MDR co-inoculations showed that MDR strains showed lower fitness cost in planta compared to non-MDR strains. All these results provide new data on the fitness of MDR strains of Z. tritici and highlight new aims of study to better understand their spread.