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Pea, well-adapted to the Normandy pedoclimatic context, represents an important nutritional source of plant proteins. At present, protein crops are among the promoting crops in view of their many agronomical, economic, and environmental interests. Despite their multiple advantages, the cultivation of protein peas is not as successful, mainly due to strong attacks by various phytopathology. The most damaging is pea root rot caused by Aphanomyces euteiches leading to a significant drop in yield and thus can penalize farmers. As there is no effective treatment to date, numerous focus researches are in progress to develop efficient control methods, which requires a holistic understanding of the pathobiome. In this thesis, studies were focused on the understanding of some direct and indirect resistance mechanisms of pea root rot caused by A. euteiches. The contribution of biotic factors in this disease were studied, specifically the influence of varietal genotype and its associated phytobiome, and so the establishment of multiple interactions with microorganisms. The comparative analysis of disease severity and induced architectural modifications, showed a differential expression according to their affiliation to winter or spring group. The two winter pea cultivars characterized by a high cold tolerance presented two features of interest: a delayed impact on aerial part despite significant root damage and an increased growth of root system in response to infection. In addition, the study of intra-nodule bacterial diversity in these same cultivars showed that the diversity of their nodule microbiome varies according to varietal genotype. This study highlighted the strong biocontrol potential of intra-nodule bacterial endophytes, with a higher relative abundance of known antagonistic bacterial genera towards A. euteiches for two winter pea cultivars. The varietal genotype therefore constitutes a direct and indirect lever by the establishment of interactions with beneficial microorganisms, to fight against pea root rot. The last research line has demonstrated the strong influence of plant cultivated species on the microbial associations in the rhizosphere, specifically a modulation of the assemblage of beneficial populations. Shaping the microbial community composition though the cultivation of crops to the benefit of the next crop represents an additional argument in favor of crop rotation use as a lever against phytopathology. Several interesting alternatives were highlighted in this research work to effectively and efficiently manage A. euteiches: at the cultivar scale, by specific characteristics in relation to varieties’ genotype and their ability to select protective endophytes, and at the scale of crop rotation, by shaping microbiome in favor of pea. Great research perspectives are emerging, especially the efficiency of protection resulting from all potential isolated biocontrol agents, which would allow the development and implementation of beneficial consortia adapted to Normandy soils and to pea cultivars specificities., Le pois protéagineux, dont la culture est bien adaptée au contexte pédoclimatique normand, représente une source nutritive importante en protéines végétales. A l’heure actuelle, les cultures protéagineuses font partie des cultures d’avenir aux vues de leurs nombreux intérêts agronomique, économique et environnemental. Malgré ses multiples atouts, la culture du pois protéagineux n'a pas autant de succès, principalement en raison d’une forte atteinte par diverses phytopathologies, dont le plus préjudiciable est la pourriture racinaire du pois causée par Aphanomyces euteiches. Les dégâts occasionnés peuvent conduire à une baisse importante du rendement et ainsi pénaliser les agriculteurs. Ne disposant d’aucun traitement efficace à ce jour, il est donc important de focaliser les recherches sur le développement de moyens de contrôle, ce qui passe par une compréhension holistique du pathobiome. Dans cette thèse, les travaux se sont concentrés sur la compréhension de certains mécanismes de résistance directs ou indirects à la pourriture racinaire du pois causée par A. euteiches, en se focalisant sur l’étude de la contribution des facteurs biotiques, à savoir, le génotype variétal, seul ou accompagné de son phytobiome, et donc la mise en place de multiples interactions avec les microorganismes. L’analyse comparée de l’expression de la maladie et des modifications architecturales induites a montré une expression différentielle de la maladie selon leur appartenance au groupe hiver ou printemps. Les variétés d’hiver caractérisées par une grande tolérance au froid présentent 2 traits d’intérêt : un retard d’impact sur les parties aériennes malgré une atteinte racinaire et un accroissement du système racinaire en réponse à l’infection. De plus, l’étude de la diversité bactérienne intra-nodules chez ces mêmes variétés de pois d’hiver et de printemps, a montré que la diversité de ce microbiome endophyte varie en fonction du génotype variétal. Cette étude a permis de déceler le fort potentiel biocontrôle des endophytes bactériens intra-nodulaires, avec une abondance relative observée des genres bactériens connus pour leurs effets antagonistes envers A. euteiches plus importante chez deux variétés de pois d’hiver. Le génotype variétal constitue donc un levier, direct et indirect via l’établissement d’interactions avec des microorganismes bénéfiques, pour lutter contre la pourriture racinaire du pois. Le dernier axe de recherche a démontré la forte influence des espèces cultivés sur les associations microbiennes au sien de la rhizosphère, en particulier sur l’assemblage des populations bénéfiques. La manipulation de la composition des communautés microbiennes par les couverts végétaux au bénéfice de la culture suivante représente un argument de plus en faveur de l’utilisation des rotations des cultures comme levier contre les phytopathologies. Plusieurs pistes intéressantes ressortent donc de ce travail, pour une lutte efficiente et globale contre A. euteiches : à l’échelle de la variété, par ses caractéristiques propres en lien avec son génotype et sa capacité à sélectionner des endophytes protecteurs, et à l’échelle de la rotation, par la manipulation du microbiome en faveur du pois. De belles perspectives de recherche se profilent, notamment la réalisation de tests d’efficacité de protection de tous les potentiels agents de biocontrôles isolés, qui permettraient la mise en oeuvre de consortia bénéfiques adaptés au terroir normand et aux spécificités variétales du pois.

Pea, well-adapted to the Normandy pedoclimatic context, represents an important nutritional source of plant proteins. At present, protein crops are among the promoting crops in view of their many agronomical, economic, and environmental interests. Despite their multiple advantages, the cultivation of protein peas is not as successful, mainly due to strong attacks by various phytopathology. The most damaging is pea root rot caused by Aphanomyces euteiches leading to a significant drop in yield and thus can penalize farmers. As there is no effective treatment to date, numerous focus researches are in progress to develop efficient control methods, which requires a holistic understanding of the pathobiome. In this thesis, studies were focused on the understanding of some direct and indirect resistance mechanisms of pea root rot caused by A. euteiches. The contribution of biotic factors in this disease were studied, specifically the influence of varietal genotype and its associated phytobiome, and so the establishment of multiple interactions with microorganisms. The comparative analysis of disease severity and induced architectural modifications, showed a differential expression according to their affiliation to winter or spring group. The two winter pea cultivars characterized by a high cold tolerance presented two features of interest: a delayed impact on aerial part despite significant root damage and an increased growth of root system in response to infection. In addition, the study of intra-nodule bacterial diversity in these same cultivars showed that the diversity of their nodule microbiome varies according to varietal genotype. This study highlighted the strong biocontrol potential of intra-nodule bacterial endophytes, with a higher relative abundance of known antagonistic bacterial genera towards A. euteiches for two winter pea cultivars. The varietal genotype therefore constitutes a direct and indirect lever by the establishment of interactions with beneficial microorganisms, to fight against pea root rot. The last research line has demonstrated the strong influence of plant cultivated species on the microbial associations in the rhizosphere, specifically a modulation of the assemblage of beneficial populations. Shaping the microbial community composition though the cultivation of crops to the benefit of the next crop represents an additional argument in favor of crop rotation use as a lever against phytopathology. Several interesting alternatives were highlighted in this research work to effectively and efficiently manage A. euteiches: at the cultivar scale, by specific characteristics in relation to varieties’ genotype and their ability to select protective endophytes, and at the scale of crop rotation, by shaping microbiome in favor of pea. Great research perspectives are emerging, especially the efficiency of protection resulting from all potential isolated biocontrol agents, which would allow the development and implementation of beneficial consortia adapted to Normandy soils and to pea cultivars specificities.; Le pois protéagineux, dont la culture est bien adaptée au contexte pédoclimatique normand, représente une source nutritive importante en protéines végétales. A l’heure actuelle, les cultures protéagineuses font partie des cultures d’avenir aux vues de leurs nombreux intérêts agronomique, économique et environnemental. Malgré ses multiples atouts, la culture du pois protéagineux n'a pas autant de succès, principalement en raison d’une forte atteinte par diverses phytopathologies, dont le plus préjudiciable est la pourriture racinaire du pois causée par Aphanomyces euteiches. Les dégâts occasionnés peuvent conduire à une baisse importante du rendement et ainsi pénaliser les agriculteurs. Ne disposant d’aucun traitement efficace à ce jour, il est donc important de focaliser les recherches sur le développement de moyens de contrôle, ce qui passe par une compréhension holistique du pathobiome. Dans cette thèse, les travaux se sont concentrés sur la compréhension de certains mécanismes de résistance directs ou indirects à la pourriture racinaire du pois causée par A. euteiches, en se focalisant sur l’étude de la contribution des facteurs biotiques, à savoir, le génotype variétal, seul ou accompagné de son phytobiome, et donc la mise en place de multiples interactions avec les microorganismes. L’analyse comparée de l’expression de la maladie et des modifications architecturales induites a montré une expression différentielle de la maladie selon leur appartenance au groupe hiver ou printemps. Les variétés d’hiver caractérisées par une grande tolérance au froid présentent 2 traits d’intérêt : un retard d’impact sur les parties aériennes malgré une atteinte racinaire et un accroissement du système racinaire en réponse à l’infection. De plus, l’étude de la diversité bactérienne intra-nodules chez ces mêmes variétés de pois d’hiver et de printemps, a montré que la diversité de ce microbiome endophyte varie en fonction du génotype variétal. Cette étude a permis de déceler le fort potentiel biocontrôle des endophytes bactériens intra-nodulaires, avec une abondance relative observée des genres bactériens connus pour leurs effets antagonistes envers A. euteiches plus importante chez deux variétés de pois d’hiver. Le génotype variétal constitue donc un levier, direct et indirect via l’établissement d’interactions avec des microorganismes bénéfiques, pour lutter contre la pourriture racinaire du pois. Le dernier axe de recherche a démontré la forte influence des espèces cultivés sur les associations microbiennes au sien de la rhizosphère, en particulier sur l’assemblage des populations bénéfiques. La manipulation de la composition des communautés microbiennes par les couverts végétaux au bénéfice de la culture suivante représente un argument de plus en faveur de l’utilisation des rotations des cultures comme levier contre les phytopathologies. Plusieurs pistes intéressantes ressortent donc de ce travail, pour une lutte efficiente et globale contre A. euteiches : à l’échelle de la variété, par ses caractéristiques propres en lien avec son génotype et sa capacité à sélectionner des endophytes protecteurs, et à l’échelle de la rotation, par la manipulation du microbiome en faveur du pois. De belles perspectives de recherche se profilent, notamment la réalisation de tests d’efficacité de protection de tous les potentiels agents de biocontrôles isolés, qui permettraient la mise en oeuvre de consortia bénéfiques adaptés au terroir normand et aux spécificités variétales du pois.

poster abstract; Crop canopy architecture affects the dispersal of airborne fungal spores of plant diseases, in particular in the case of septoria tritici blotch (STB) which is an important wheat disease mainly spread by rain splash. Therefore, the characteristics of canopy architecture (medium of dispersal of the pathogenic agent) can be taken into account to implement alternative disease control methods in order to slow down the vertical dispersal of STB in the field. And for the particular case of cultivar mixtures, different plant architectural traits can be used to improve the “barrier” effect on spore dispersal, which is provided by the most resistant components in the mixtures (see Vidal et al. in this issue). We investigated, by the mean of experiments under controlled conditions and modelling, the effects of the canopy architecture on one dispersal cycle of spores of Zymoseptoria tritici. The experiment was performed using a simulator of artificial rains on micro-canopies of wheat (1 m2), which were grown in a controlled greenhouse environment. A linear inoculum source of spores suspension was exposed to a simulated and calibrated rainfall event in order to get reproducible splash-dispersal towards four types of canopy differing by their architectures characterized by their leaf area densities (LAD). Splash droplets of the suspension were collected at different locations within the canopies to quantify spore fluxes and the resulting disease severity and incidence were assessed after the latency period. Based on a mechanistic modelling of spore dispersal and a 3D numerical reconstruction of the canopies, we quantified strong effects of the canopy structure on the spore dispersal. Denser canopies (i.e. with higher LAD) had a higher rate of spore interception that led, (i) for susceptible cultivars, to a higher disease severity, and (ii) for the resistant cultivars, to a higher spore trapping rate and therefore to a better “barrier” effect in the case of cultivar mixtures.

Mixing varieties with different levels of disease resistance provide a way to limit the progression of polycyclic epidemics. In such mixture configurations, susceptible varieties are protected by the presence of more resistant ones through two main mechanisms: barrier and dilution effects within the mixture. However, the effectiveness of these mixtures in terms of disease reduction can vary widely depending on the pathosystem, the dispersion mechanism and climatic conditions. Such variability has notably been pointed out in the case of the rainsplash dispersed disease, Septoria tritici blotch (STB, caused by Zymoseptoria tritici). Considering the impact of crop architecture on epidemic development within pure stands, the architectural lever, which consists of mixing plants, which differ in their architectural properties, appears as a candidate to improve mixture efficiency to control epidemics. The work presented here aimed at assessing if contrasted architecture between varieties could be an additional lever to design cultivar mixtures in addition to resistance. To this end, we conducted a micro-plot field trial in which we studied mixtures of cultivars with contrasted resistance to STB and either similar or contrasted architecture (difference in straw height). These cultivars were also grown in pure stands as a reference. Pathogen vertical dispersal gradients, STB severity at leaf scale, crop architecture and microclimatic conditions were monitored and compared between the different types of mixtures and pure stands during an annual epidemic. We highlighted the relative protection of susceptible short-strawed wheat in mixture with partially resistant tall-strawed wheat compared to the pure stand and the mixture with partially resistant short-strawed wheat. Mixed with a partially resistant tallstrawed wheat, severity of the three upper leaves of the susceptible cultivar was reduced by 53% compared to the conventional mixture and by 68% compared to the pure stand. The number of new lesions on the susceptible component was also reduced in mixtures with contrasted architecture of their components partly due to a stronger umbrella effect (raindrops interception by resistant leaves). This study outlines that mixtures efficiency to control STB progress can be improved by combining components of contrasted architecture in the design of cultivar mixtures in addition to resistance.

Les associations de variétés de blé permettent, sous certaines conditions, de réduire la progression de maladies foliaires telles que la septoriose. Les mécanismes impliqués reposent principalement sur une différence de niveau de résistance entre les variétés associées : une variété sensible peut ainsi être protégée par une variété résistante. Il est généralement recommandé d’associer des variétés de caractéristiques agronomiques proches afin de faciliter la gestion des cultures et de limiter la compétition entre variétés. Or, la structure des couverts a un impact sur la progression des épidémies, notamment via la dispersion des spores et le microclimat. En associant des variétés ayant des architectures contrastées, on constitue des couverts hétérogènes. Cette hétérogénéité pourrait être un levier supplémentaire pour le contrôle des maladies fongiques aériennes. Des associations de variétés différant par leurs niveaux de résistance et ayant des hauteurs de paille semblables (homogènes) ou très différentes (hétérogènes) ont été semées au champ afin de tester l'impact d'une hétérogénéité architecturale sur la progression d’épidémies de septoriose et d’analyser les mécanismes mis en jeu. Un suivi hebdomadaire de la sévérité, ainsi qu'un comptage de lésions montrent une réduction de la maladie chez la variété basse sensible (env. 0,8 m) associée à une variété haute résistante (env. 1,4 m) par comparaison avec la même variété basse en culture pure ou en association homogène. Ce constat est mis en relation avec des différences mesurées en termes de structure des couverts, de microclimat et de flux de spores. Par ailleurs, une modélisation biophysique permet de mieux identifier, quantifier et hiérarchiser les mécanismes physiques liés à la dispersion des spores dans les différents traitements, tels que les effets barrière, dilution et l'impact des différences de propriétés entre couches de couverts hétérogènes (notamment caractérisées par des proportions différentes de tissus résistants et sensibles). Nos résultats montrent que la diversité variétale et l'hétérogénéité du couvert résultante constituent un levier potentiel permettant l'amélioration de l'efficacité des associations variétales vis-à-vis de la septoriose du blé.

International audience; Septoria tritici blotch is an important splash-dispersed disease, causing high yield losses in Europe. Plant disease propagation results from spore dispersal and susceptibility of plant tissues. An experiment was performed in order to study differents aspects of the disease dispersal cycle. Three wheat varieties with contrasted resistance levels were grown in greenhouse conditions until flowering. Plant canopies of each variety received rains of two different raindrop diameter distributions generated by a rain simulator. A linear inoculum source consisting of an aqueous suspension of spores was placed in the middle of each canopy. Horizontal and vertical spore fluxes were measured using traps composed of microscope slides. Varietal resistance was assessed in parallel. After incubation, leaves sampled in canopies were collected and scanned. Spore traps slides were photographed using a microscope combined with a digital camera. Disease area measurement and automatic spore counting were achieved using an image analysis software. Both disease and spore fluxes decreased with the distance from the inoculum source and lower mean raindrop diameter. Disease levels depended on variety and leaf level. Vertical and horizontal gradients of spore fluxes and disease varied in function of rain type and variety. Combining all these results made it possible to disentangle components of splash-dispersed disease propagation for a single dispersal event.