The aim of this study was to develop a set of experiments to screen and decipher the mechanisms of biocontrol agents (BCAs), isolated from commercial formulation, against two major mycotoxigenic fungi in cereals, Fusarium graminearum and Fusarium verticillioides. These two phytopathogens produce mycotoxins harmful to human and animal health and are responsible for the massive use of pesticides, for the protection of cereals. It is therefore essential to better understand the mechanisms of action of alternative control strategies such as the use of BCAs in order to optimize their applications. The early and late stages of interaction between BCAs and pathogens were investigated from germination of spores to the effects on perithecia (survival form of pathogen). The analysis of antagonist activities of BCAs revealed different strategies of biocontrol where chronological, process combination and specialization aspects of interactions are discussed. Streptomyces griseoviridis main strategy is based on antibiosis with the secretion of several compounds with anti-fungal and anti-germination activity, but also a mixture of hydrolytic enzymes to attack pathogens, which compensates for an important deficit in terms of spatial colonization capacity. It has good abilities in terms of nutritional competition. Trichoderma asperellum is capable of activating a very wide range of defenses and attacks combining the synthesis of various antifungal compounds (metabolite, enzymes, VOCs), with different targets (spores, mycelium, mycotoxins), and direct action by mycoparasitism and mycophagy. Concerning Pythium oligandrum, its efficiency is mainly due to its strong capacity to colonize the environment, with a direct action via microbial predation, stimulation of its reproduction at the contact of pathogens and the reduction of perithecia formation.

The aim of this study was to evaluate the interactions between wheat plant (spikelets and straws), a strain of mycotoxigenic pathogen Fusarium graminearum and commercial biocontrol agents (BCAs). The ability of BCAs to colonize plant tissue and inhibit the pathogen or its toxin production was observed throughout two phases of the life cycle of pathogens in natural conditions (colonization and survival). All evaluated BCAs showed effective reduction capacities of pathogenic traits. During establishment and the expansion stage, BCAs provoked an external growth reduction of F. graminearum (77–93% over the whole kinetic studied) and mycotoxin production (98–100% over the whole kinetic studied). Internal growth of pathogen was assessed with digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) and showed a very strong reduction in the colonization of the internal tissues of the spikelet due to the presence of BCAs (98% on average). During the survival stage, BCAs prevented the formation of conservation perithecia of the pathogen on wheat straw (between 88 and 98% of perithecia number reduction) and showed contrasting actions on the ascospores they contain, or perithecia production (−95% on average) during survival form. The mechanisms involved in these different interactions between F. graminearum and BCAs on plant matrices at different stages of the pathogen’s life cycle were based on a reduction of toxins, nutritional and/or spatial competition, or production of anti-microbial compounds.

La nécessité de gérer les pathogènes des céréales augmentera à mesure que la production alimentaire continuera à s'intensifier pour nourrir une population humaine croissante. Le climat est un moteur important de la dynamique des populations microbiennes, de sorte que le changement climatique nécessitera des stratégies de gestion adaptatives pour faire face au changement de comportement des champignons phytopathogènes. Les fluctuations du climat se manifestent principalement par une augmentation des températures, des niveaux CO2 et une modification de l'humidité relative. Il est donc important d’étudier l'impact des facteurs abiotiques liés aux variations climatiques sur les microorganismes pathogènes des céréales et leurs agents de biocontrôle (BCAs). Dans ce contexte, ce travail a consisté à étudier l'impact des perturbations du climat sur l'efficacité de trois BCAs commerciaux (Mycostop®, Xedavir® et Polyversum®) contre l'agent causal de la fusariose de l'épi du blé, Fusarium graminearum, à l’aide de confrontations expérimentales in vitro, in spicula (épillets blé) et in planta. Il a été observé des effets contrastés des changements de température et d'humidité relative sur F. graminearum, les BCAs et leurs interactions à travers un plan expérimental de confrontations in vitro et sur épillets de blé. Les BCAs ont limité la croissance du pathogène quelles que soient les variations des facteurs abiotiques. Concernant la production de mycotoxines, un effet différentiel sur la production du Déoxynivalénol (DON) et de la Zéaralénone (ZEN) a été observé en fonction des conditions. L'efficacité des BCA dans le contrôle de la mycotoxinogenèse varie en fonction de la mycotoxine produite et des conditions de culture, indiquant une différence d'adaptation ou de mécanismes d'adaptation aux facteurs abiotiques entre les microorganismes. Les données expérimentales ont été utilisées pour concevoir des modèles mathématiques permettant de contribuer à la prédiction de la croissance des trois BCAs, la croissance et la production de DON de F. graminearum en fonction de la température, de l'humidité relative et de la présence ou absence de BCAs. L’impact de la température sur les mécanismes d’action des BCAs (antibiose, biotransformation des mycotoxines, synthèse d’enzymes lytiques…) ont été étudiés. L’augmentation de la température a affecté négativement la capacité des BCAs à inhiber la germination des spores du pathogène, leurs activités chitinolytiques, leur capacité de biotransformation du DON et d'inhibition de l'expression des gènes Tri5 et Tri8 du pathogène, impliqués dans la synthèse du DON. Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur l’effet des paramètres abiotiques sur l’interaction entre les BCAs et F. graminearum, en particulier sur la production de mycotoxines. Il ouvre la voie au développement de stratégies de biocontrôle des mycotoxines efficaces et résilientes utilisant des microorganismes bénéfiques contre F. graminearum, contribuant ainsi à la sécurité alimentaire mondiale.