Projet ANR-13-BSV7-0011 – FunFit : Une approche basée sur les traits d’histoire de vie des champignons phytopathogènes pour faire le lien entre fitness individuelle et stratégies écologiques.
Programme : Blanc - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc SVSE 7)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Pascal FREY (INRA - UMR 1136 Interactions Arbres – Microorganismes)
Partenaires : Interactions Arbres/Micro-Organismes; Inria Centre Sophia Antipolis - Méditerranée; Biodiversité, Gènes et Communautés
Montant : 499873.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Des modèles mathématiques pour mieux comprendre l'évolution des champignons pathogènes des arbres forestiers.L’objectif du projet FunFit est de confronter des modèles mathématiques théoriques et des observations biologiques afin de mieux comprendre l'évolution des caractères biologiques (ou traits d'histoire de vie) qui sont liés à l'agressivité et aux capacités de dispersion des champignons pathogènes des arbres forestiers. Trois maladies importantes des arbres forestiers ont été retenues comme modèles d'étude : la rouille du peuplier, le chancre du châtaignier et l’oïdium du chêne.
Enjeux et objectifs du projetLes champignons causent de nombreuses maladies des plantes, en agriculture et dans les écosystèmes naturels. Dans le contexte des changements globaux, les champignons ont été identifiés comme la cause principale de l'émergence de nouvelles maladies des plantes, notamment à travers l’introduction d’espèces jusque-là inconnues dans de nouvelles régions. La compréhension de cet environnement épidémiologique en évolution rapide est un enjeu majeur qui nécessite le développement d’approches intégratives et prédictives. Ces dernières années, la phytopathologie a largement bénéficié des apports de la génétique des populations et de la génomique. Toutefois un cadre conceptuel liant l'évolution des traits à la dynamique épidémiologique reste à développer pour les champignons phytopathogènes.Le projet FunFit a pour ambition d’apporter une contribution dans ce domaine en construisant un cadre théorique focalisé sur les traits d’histoire de vie, incluant schémas conceptuels et modèles, et en s’appuyant sur un travail expérimental portant sur quelques espèces représentatives de champignons pathogènes forestiers. Le projet FunFit repose sur le postulat que la caractérisation de traits d’histoire de vie chez les champignons phytopathogènes, y compris leur variation, leur plasticité, leurs compromis évolutifs et leur évolution nous permettra de mieux cerner : (i) ce qui fait le succès évolutif d’un champignon pathogène, avec une approche très complémentaire des travaux actuels sur les déterminants moléculaires de la pathogénicité ; (ii) la dynamique des populations et des communautés de champignons pathogènes, et donc l’épidémiologie des maladies des plantes et l’impact des maladies dans les écosystèmes naturels.
Méthodes et approchesLe projet FunFit intègre les concepts et les méthodes de la biologie évolutive, de l’épidémiologie et de l’écologie, avec des interactions fortes entre la modélisation et les études biologiques. Le projet est construit autour de trois grandes tâches définies par les types d’approches et le niveau d’organisation biologique considéré : Tâche 1 - Lier les traits associés à la maladie (latence, croissance mycélienne in planta, sporulation) avec la fitness chez les champignons phytopathogènes (au niveau individuel); Tâche 2 - Etudier l’évolution des traits au cours d’un processus de colonisation ou d’émergence (au niveau populationnel) ; Tâche 3 - Comprendre la coexistence spatiale d’espèces qui partagent la même niche (résolution de complexe d’espèces ou de lignées cryptiques, au niveau intra ou interspécifique). Chaque tâche mêle intimement modélisation et expérimentation afin de mieux tester les hypothèses biologiques et d’enrichir et valider le cadre conceptuel proposé. Trois maladies majeures des arbres forestiers ont été retenues comme modèles d'étude : la rouille du peuplier (causée par Melampsora larici-populina), le chancre du châtaignier (causé par Cryphonectria parasitica) et l’oïdium du chêne (causé par Erysiphe alphitoides et E. quercicola). L’ensemble des résultats acquis fournira : (i) une contribution significative à la connaissance de l’écologie des champignons, qui constituent la majeure partie de la biodiversité terrestre ; (ii) des éléments pour une gestion des maladies fondée sur la connaissance, incluant l’analyse des risques phytosanitaires, la sélection de résistances durables, et la lutte biologique. Le projet FunFit constituera une contribution importante dans la compréhension de l’épidémiologie végétale. Il contribuera à notre compréhension de la façon dont les champignons se développent et évoluent dans les conditions changeantes de l'environnement et comment cette connaissance peut être exploitée pour réduire l’impact des maladies sur les écosystèmes cultivés ou naturels.
Résumé de la soumission : Les champignons sont des agents pathogènes majeurs pour les plantes, dans les écosystèmes naturels et anthropisés. Ils ont été identifiés comme une cause majeure de maladies émergentes dans le contexte du changement global, notamment à travers l’introduction d’espèces jusque-là inconnues dans de nouvelles régions. La compréhension de cet environnement épidémiologique en évolution rapide est un enjeu majeur qui nécessite le développement d’approches intégratives et prédictives. Ces dernières années, la phytopathologie a largement bénéficié des apports de la génétique des populations et de la génomique. Toutefois un cadre conceptuel basé sur la notion de traits adaptatifs dans une perspective écologique reste à développer pour les champignons phytopathogènes. Le projet FUNFIT a pour ambition d’apporter une contribution dans ce domaine en construisant un cadre théorique focalisé sur les traits d’histoire de vie, incluant schémas conceptuels et modèles, et en s’appuyant sur un travail expérimental portant sur quelques espèces représentatives de champignons pathogènes forestiers. Le projet FUNFIT repose sur le postulat que la caractérisation de traits d’histoire de vie chez les champignons phytopathogènes, y compris leur variation, leur plasticité, leurs compromis évolutifs et leur évolution nous permettra de mieux cerner : (i) ce qui fait le succès évolutif d’un champignon pathogène, avec une approche très complémentaire des travaux actuels sur les déterminants moléculaires de la pathogénicité ; (ii) la dynamique des populations et des communautés de champignons pathogènes, et donc l’épidémiologie des maladies des plantes et l’impact des maladies dans les écosystèmes naturels.Le projet FUNFIT intègre les concepts et les méthodes de la biologie évolutive, de l’épidémiologie et de l’écologie, avec des interactions fortes entre la modélisation et les études biologiques. Le projet est construit autour de trois grandes tâches définies par les types d’approches et le niveau d’organisation biologique considéré : Tâche 1 - Lier les traits associés à la maladie (latence, croissance mycélienne in planta, sporulation) avec la fitness chez les champignons phytopathogènes (au niveau individuel); Tâche 2 - Etudier l’évolution des traits au cours d’un processus de colonisation ou d’émergence (au niveau populationnel) ; Tâche 3 - Comprendre la coexistence spatiale d’espèces qui partagent la même niche (résolution de complexe d’espèces ou de lignées cryptiques, au niveau intra ou interspécifique). Chaque tâche mêle intimement modélisation et expérimentation afin de mieux tester les hypothèses biologiques et d’enrichir et valider le cadre conceptuel proposé.L’ensemble des résultats acquis fournira : (i) une contribution significative à la connaissance de l’écologie des champignons, qui constituent la majeure partie de la biodiversité terrestre ; (ii) des éléments pour une gestion des maladies fondée sur la connaissance, incluant l’analyse des risques phytosanitaires, la sélection de résistances durables, et la lutte biologique. Le projet FUNFIT constituera une contribution importante dans la compréhension de l’épidémiologie végétale. Il contribuera à notre compréhension de la façon dont champignons se développent et évoluent dans les conditions changeantes de l'environnement et comment cette connaissance peut être exploitée pour réduire l’impact des maladies sur les écosystèmes cultivés ou naturels.
Résultats : Au bout d'un an, les premiers résultats du projet FunFit sont les suivants :
- Un modèle théorique de dynamique d'infection optimale pour un champignon biotrophe a été mis en équations et permet de prédire la croissance du mycélium et la production de spores. Ce modèle théorique rend parfaitement compte des observations empiriques pour la dynamique de croissance du mycélium in planta et de sporulation chez le champignon modèle Melampsora larici-populina. 
- Nous avons mis en évidence une adaptation à la température chez Cryphonectria parasitica au cours de sa migration vers le Nord de la France. 
- Nous avons mis en évidence un phénomène de sélection naturelle sur le volume des spores de M. larici-populina au cours d'un évènement de dispersion annuelle du champignon sur des peupliers sauvages le long de la vallée de la Durance.
- Nous avons validé un modèle théorique de coexistence d'espèces basé sur des compromis évolutifs en environnement saisonnier avec des observations empiriques de la dynamique temporelle des deux agents de l'oïdium du chêne, Erysiphe alphitoides et E. quercicola.
Perspectives : L'ambition du projet FunFit est de fournir une contribution significative en écologie des champignons et en phytopathologie, à la fois dans les concepts, la méthodologie et les données. Les principaux résultats scientifiques attendus sont les suivants:
- Différents modèles d'interaction plantes-champignons pathogènes : un modèle d'interaction locale permettant l'évaluation du succès de l'infection (liens entre les traits d'histoire de vie et la fitness) ce qui permettra de mieux définir quels traits doivent être mesurés par les phytopathologistes; une extension de ce modèle pourra être un modèle épidémiologique.
- Une meilleure compréhension de la différenciation de niche entre les espèces cryptiques, avec un modèle générique et une application à l'oïdium du chêne, qui est représentatif d'un grand groupe de champignons phytopathogènes.
- Une meilleure compréhension des processus évolutifs pour trois champignons pathogènes forestiers (rouille du peuplier, chancre du châtaignier, oïdium du chêne) représentatifs de types de maladies, de stratégies parasitaires et de cycles de vie contrastés.
- De nouveaux outils méthodologiques, tels que la quantification de mycélium in planta par PCR quantitative.
La retombée la plus importante de notre projet est un cadre conceptuel pour les phytopathologistes. L'ouverture de la phytopathologie aux notions de biologie évolutive et d'écologie est un objectif ambitieux.
Enfin, les résultats du projet FunFit seront d'une part de contribuer à approfondir les connaissances académiques sur les champignons, qui constituent une grande partie de la biodiversité terrestre, et d'autre part de contribuer à une meilleure gestion des maladies des plantes, avec un impact sociétal et économique, y compris l'analyse du risque phytosanitaire et la sélection de résistances durables.
Publications et brevets : Deux articles scientifiques dans des excellentes revues internationales à comité de lecture, en rapport avec le projet FunFit, ont été publiés en 2014. Plusieurs manuscrits sont en cours de rédaction et seront soumises sous peu. Par ailleurs, plusieurs communications orales ou affichées ont été données par des partenaires du projet dans des conférences nationales et internationales.