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Growing mixtures of susceptible and resistant cultivars in the same field makes it possible to reduce the propagation of airborne fungal plant diseases. Plant architecture has an impact on spore dispersal or microclimate, but is rarely taken into account in mixture design. The objective of this work was to understand the role of canopy architecture in mixtures of cultivar of different levels of resistance to a disease dispersed by rain-splash, septoria tritici blotch, caused by Zymoseptoria tritici. A controlled conditions experiment made it possible to quantify relationships between spore interception and canopy architecture. Differences of canopy density between pure stands and mixtures led to a reduction in disease on susceptible plants grown in mixture, compared to the susceptible pure stand. During a field experiment, mixtures of cultivars with contrasted stem height were less diseased than those with similar stem height. These results were related to the effect of canopy architecture on spore dispersal and leaf wetness duration. A spatially explicit modeling approach made it possible to identify splash dispersal mechanisms related to the architecture of mixed canopies. In mixtures of cultivar with diverse plant height, the amount of splashed inoculum depended on leaf area located above diseased leaves (umbrella effect). The amount of inoculum intercepted by a leaf layer was related to its difference of height between the inoculum sources (height effect). Differences of plant height between cultivars composinga mixture modulated the interception of spores by resistant leaves, providing an increased protection of susceptible leaves (barrier effect). Our results suggest that considering cultivar architecture in the design of cultivar mixtures could make it possible to improve the management of splash-dispersed diseases.; La culture d’associations de variétés sensibles et résistantes au sein d’une même parcelle permet de réduire la propagation des maladies fongiques foliaires aériennes. L’architecture des plantes a un impact sur la dispersion de spores et le microclimat, mais est rarement prise en compte dans la conception des associations. L’objectif de cette thèse était de comprendre le rôle joué par l’architecture dans des associations de variétés différant par leur niveau de résistance à une maladie dispersée par éclaboussement, la septoriose du blé, causée par Zymoseptoria tritici. Une expérimentation en conditions contrôlées a permis de quantifier des relations entre interception de spores et architecture des couverts. Des différences de densité entre couverts purs et associés ont donné lieu à une réduction du niveau de maladie sur les plantes sensibles cultivées en association par rapport à celles cultivées pures. Lors d’une expérimentation au champ, les associations de variétés de hauteurs de tiges contrastées étaient moins malades que celles ayant des hauteurs similaires. Ces résultats ont été mis en relation avec des effets de l’architecture sur la dispersion de spores et la durée d’humectation au sein des couverts. Une approche de modélisation spatialement explicite a permis d’identifier des mécanismes de dispersion par éclaboussement liés à l’architecture des couverts associés. Dans des associations de variétés de hauteurs différentes, la quantité d’inoculum éclaboussée dépendait de la surface foliaire présente au dessus des feuilles malades (effet parapluie). La quantité d’inoculum interceptée par un étage foliaire était liée à la différence de hauteur entre la source d’inoculum et l’étage foliaire (effet hauteur). Les différences de hauteur de plantes entre variétés d’une association ont modulé l’interception de spores par des feuilles résistantes (effet barrière). Nos résultats suggèrent qu’une prise en compte de l’architecture des variétés dans la conception des associations variétales permettrait de mieux maîtriser les maladies par éclaboussement.

Growing mixtures of susceptible and resistant cultivars in the same field makes it possible to reduce the propagation of airborne fungal plant diseases. Plant architecture has an impact on spore dispersal or microclimate, but is rarely taken into account in mixture design. The objective of this work was to understand the role of canopy architecture in mixtures of cultivar of different levels of resistance to a disease dispersed by rain-splash, septoria tritici blotch, caused by Zymoseptoria tritici. A controlled conditions experiment made it possible to quantify relationships between spore interception and canopy architecture. Differences of canopy density between pure stands and mixtures led to a reduction in disease on susceptible plants grown in mixture, compared to the susceptible pure stand. During a field experiment, mixtures of cultivars with contrasted stem height were less diseased than those with similar stem height. These results were related to the effect of canopy architecture on spore dispersal and leaf wetness duration. A spatially explicit modeling approach made it possible to identify splash dispersal mechanisms related to the architecture of mixed canopies. In mixtures of cultivar with diverse plant height, the amount of splashed inoculum depended on leaf area located above diseased leaves (umbrella effect). The amount of inoculum intercepted by a leaf layer was related to its difference of height between the inoculum sources (height effect). Differences of plant height between cultivars composing a mixture modulated the interception of spores by resistant leaves, providing an increased protection of susceptible leaves (barrier effect). Our results suggest that considering cultivar architecture in the design of cultivar mixtures could make it possible to improve the management of splash-dispersed diseases.; La culture d’associations de variétés sensibles et résistantes au sein d’une même parcelle permet de réduire la propagation des maladies fongiques foliaires aériennes. L’architecture des plantes a un impact sur la dispersion de spores et le microclimat, mais est rarement prise en compte dans la conception des associations. L’objectif de cette thèse était de comprendre le rôle joué par l’architecture dans des associations de variétés différant par leur niveau de résistance à une maladie dispersée par éclaboussement, la septoriose du blé, causée par Zymoseptoria tritici. Une expérimentation en conditions contrôlées a permis de quantifier des relations entre interception de spores et architecture des couverts. Des différences de densité entre couverts purs et associés ont donné lieu à une réduction du niveau de maladie sur les plantes sensibles cultivées en association par rapport à celles cultivées pures. Lors d’une expérimentation au champ, les associations de variétés de hauteurs de tiges contrastées étaient moins malades que celles ayant des hauteurs similaires. Ces résultats ont été mis en relation avec des effets de l’architecture sur la dispersion de spores et la durée d’humectation au sein des couverts. Une approche de modélisation spatialement explicite a permis d’identifier des mécanismes de dispersion par éclaboussement liés à l’architecture des couverts associés. Dans des associations de variétés de hauteurs différentes, la quantité d’inoculum éclaboussée dépendait de la surface foliaire présente au dessus des feuilles malades (effet parapluie). La quantité d’inoculum interceptée par un étage foliaire était liée à la différence de hauteur entre la source d’inoculum et l’étage foliaire (effet hauteur). Les différences de hauteur de plantes entre variétés d’une association ont modulé l’interception de spores par des feuilles résistantes (effet barrière). Nos résultats suggèrent qu’une prise en compte de l’architecture des variétés dans la conception des associations variétales permettrait de mieux maîtriser les maladies par éclaboussement.

Wheat plays a key role in Human food due to its nutritional value. Wheat production needs to be increased by more than 20% by 2050 to guarantee current human consumption standards. Taking into account climatic changes with high level of environmental constraints, yield improvement without quality loss became a big challenge. This consists in the economical and societal context of the current doctoral thesis.The integrative translational genomic approach consists in transferring fundamental knowledge gained from model species to applied practices for breeding in crops. This strategy was used here to study the evolutionary history, the organization and the regulation of the modern bread wheat genome. Modern wheat is a polypoid species deriving from two hybridization events between diploid progenitors 500 000 and 10 000 years ago, as well as a more ancient that dated back to more than 90 million years ago. The current research consisted in using cereal species closely related to wheat to study the impact of these duplications on the structural and expression plasticity of duplicated genes in wheat.My results established that the diploidization process is in progress in wheat after the successive rounds of polyploidization events. This diploidization consists in the accumulation of mutations, gene loss or expression modification between duplicated genes. This diploidization is nonrandom at the genome level; generating dominant chromosomic regions with high stability in contrast to others regions more sensitive with high plasticity. Based on such wheat genome evolutionary analysis, polyploidy appears as a major evolutionary force driving plant adaptation through structural and expressional specialization of duplicated genes.Such post-polyploidy genomic asymmetry drives finally the phenotype diploidization as illustrated in the current research with the study of genetic basis of the tiller inhibition Trait. This trait seems to be driven by a 109 pb insertion coding for a microRNA located solely on the chromosome 1A, known as a sensitive genomic fraction.The current research established that the modern bread wheat has been quasi-entirely diploidized at the structural, expressional and phenotypic levels, now requiring a new definition of the polypoid concept in line with current genomic investigations, as illustrated in the current thesis.; Dans l’alimentation humaine, le blé joue un rôle capital du fait de sa valeur nutritive. Une hausse de la production de plus de 20 % sera nécessaire d’ici 2050 simplement pour garantir aux populations les standards actuels de consommation alimentaire. Prenant en compte les bouleversements climatiques créant des contraintes environnementales conséquentes, l’amélioration du rendement en blé sans perte de qualité devient un réel défi mondial. C’est dans ce contexte que s’inscrit ma thèse.La génomique translationnelle est une approche intégrative qui fait le lien entre Recherche Fondamentale et Appliquée, où les espèces modèles jouent le rôle de pivot pour étudier les espèces d’intérêt agronomique. J’ai mis en œuvre cette approche de recherche translationnelle pour étudier finement l’histoire évolutive, l’organisation et la régulation du génome du blé. Le blé est une espèce polyploïde qui a subi des duplications chromosomiques récentes (500 000 et 10 000 ans) et anciennes (

Late sowing is often considered as a means to reduce septoria attacks on winter wheat, but which implies reduced attainable yield. The work presented here has allowed to better understand and quantify these elements. The use of a coupled plant – pathogen model (Septo3D), which includes a precise description of the canopy, shows that the faster speed at which leaves emerge for late sowings allows disease escape. Leaf emergence rate, used in the “SeptoLIS” model, permits its use for a large window of sowing dates. This model, coupled with agroclimatic predicitions of yield shows strong regional variability in yield potential – septoria trade-offs, that can be deployed as operational recommendations.; Retarder les dates de semis du blé est un moyen de limiter les épidémies de septoriose, mais qui réduit aussi généralement les potentiels de rendement. La démarche exposée ici permet de mieux comprendre et raisonner ce dilemme. Dans un premier temps, un modèle couplé plante – maladie (Septo3D) comportant une description détaillée du couvert a permis de mettre en évidence que la vitesse d’émission des feuilles, était le principal trait permettant à la plante « d’échapper » à la maladie en semis tardif. Un second modèle reprenant notamment cet effet, « SeptoLIS », a permis de simuler le développement de la maladie dans une large gamme de dates de semis. L’utilisation de ce modèle couplée à un modèle agroclimatique de prévision de rendement met en évidence de fortes disparités régionales, qui pourront être déclinées en préconisations.

Actes sous forme de cédérom + tome résumés; Resistance to septoria and earliness often have confounding effects at the field level, impairing efficient varietal evaluation. Two experiments were set up to propose an indicator decorrelating these phenomena. It is calculated as the thermal time from leaf layer emergence to initiation of disease-induced green area loss. Leaf layer emergence is calculated using the notion of phyllochron. Green area loss is calculated by fitting a Gompertz curve to observations. 7 trials with 6 to 9 cultivars of contrasting resistance and earliness showed that this indicator is strongly related to untreated yield. The indicator was also applied on data from typical variety trials that include only 2 disease observations. This allowed for recommendations to be formulated for the use of the indicator.; Résistance à la septoriose et précocité variétale sont souvent confondues dans les essais au champ, rendant la caractérisation variétale vis-à-vis de cette maladie difficile. Deux types d’expérimentation ont permis de proposer un indicateur de classement variétal. Cet indicateur est l’estimation de la durée en temps thermique entre l’émergence d’un étage foliaire et la chute de sa surface verte de 10%. L’émergence est calculée grâce à la notion de phyllotherme. La chute de surface verte est estimée avec l’ajustement d’une courbe de Gompertz aux notations. Sur 7 essais avec 6 à 9 variétés de précocités et de résistances variés où la maladie a été notée régulièrement, l’indicateur explique bien les variations de rendement. La démarche a été testée sur des essais comportant uniquement deux notations de maladie, ce qui a permis de donner des recommandations pour l’utilisation de l’indicateur.

Actes sous forme de cédérom + tome résumés.; The complexity of the interactions between crops and diseases complicates the conception of robust decision support systems, crop management strategies and breeding for limiting disease impacts. A collaborative project between Arvalis and the UMR EGC (INRA AgroPArisTech) has given rise to operational tools for the comprehension of the relations between crop canopies and epidemics, using Septoria Tritici Blotch of wheat as a “model”. We hypothesize that canopy structure could be relevant to enhance new forms of pest management, included elaboration of resistant of ideotypes. This project is based on a common conceptual framework identifying the different key-points of interactions between disease and the canopy shared by both institutions. The results, and the process, are described hereafter and presented in detail in the posters that are referred to.; La complexité des interactions entre les maladies et les couverts végétaux rend difficile la prise en compte de nombreux facteurs influençant celles-ci. Cette complexité limite l'élaboration d'outils fiables d'aide à la décision, la conception d’itinéraires techniques freinant les maladies, et l’évaluation variétale. Un projet collaboratif entre Arvalis et l’UMR EGC (INRA AgroParisTech), a permis d'élaborer des outils opérationnels, stables, fondés sur la compréhension des relations entre couvert et maladie, prenant la septoriose du blé comme "modèle" dans le cadre de l’Unité Mixte de Technologie Pivert. Ce projet repose sur un cadre conceptuel commun identifiant et hiérarchisant les différents points-clés des interactions entre épidémie et couvert. Les résultats, et la démarche, sont déclinés dans cette communication, et présentés en détail dans les posters auxquels il est fait référence.