Thèse Facteurs Environnementaux Modulant le Phytoparasistisme du Colza par l'Orobanche Rameuse H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : LEM - ÉCOLOGIE MICROBIENNE Direction de la thèse : Claire PRIGENT-COMBARET ORCID 0000000189680660 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-02T23:59:59 L'orobanche rameuse (Phelipanche ramosa) est un parasite obligatoire à large spectre d'hôte, responsable de pertes de rendement majeures sur colza. Ses graines sont capables de persister plus de dix ans dans le sol. A proximité de sa plante hôte, les graines de ce phytoparasite germent puis s'attachent aux racines du colza grâce à la formation d'un haustorium reliant les systèmes vasculaires des deux plantes. Cette interaction souterraine dépend de mécanismes complexes encore mal compris, impliquant des facteurs abiotiques (température, régime hydrique du sol) et biotiques (communautés microbiennes). Il résulte des interactions hôte et son microbiote/phytoparasite/environnement une forte hétérogénéité des niveaux d'infestation de P. ramosa dans les parcelles agricoles et une forte difficulté à prédire le risque parasitaire tant à un niveau intra- qu'inter-parcellaire. De plus, une résistance potentielle des sols à l'orobanche a été récemment montrée, suggérant l'existence de taxas microbiens pouvant être impliqués dans le contrôle des populations du phytoparasite. Toutefois, les bases biologiques de cette résistance des sols et les fonctions microbiennes impliquées demeurent encore mal comprises. Cette thèse vise ainsi à identifier les facteurs environnementaux (température, régime hydrique du sol et communautés microbiennes) modulant la fitness du phytoparasite, P. ramosa dans les sols. Le projet s'organise en trois axes complémentaires. Le premier axe visera à analyser l'impact du régime hydrique, de la température et de leur combinaison sur la germination et l'attachement du parasite à son hôte, ainsi que sur les relations entre la fitness du parasite, la croissance du colza et la structure du microbiote. Le second axe cherchera à décrypter le rôle du microbiote en identifiant les taxons et fonctions associés à une réduction du phytoparasitisme du colza en conditions contrôlée. Il sera basé sur une analyse comparative de la structure du microbiote en fonction de la capacité des sols à favoriser ou non le développement de l'orobanche. Le troisième axe sera consacré à l'établissement, à partir des résultats du second axe, de communautés microbiennes synthétiques (SynCom) capables de protéger le colza puis à l'évaluation de leur capacité en conditions contrôlées à limiter le phytoparasitisme. Ce projet de thèse contribuera à une meilleure compréhension des déterminants écologiques du parasitisme du colza par P. ramosa et ouvrira la voie à des stratégies de biocontrôle fondées sur la manipulation du microbiote et des conditions environnementales. L'orobanche rameuse est une plante parasite obligatoire à large spectre d'hôte. Sur colza, elle est responsable de pertes de rendement importantes, en particulier dans les départements de la Vienne, de la Charente-Maritime et des Deux-Sèvres. Les graines de ce phytoparasite peuvent survivre dans le sol pendant plus de dix ans. Suite à la perception de signaux moléculaires (e.g. isothiocyanates) dans la rhizosphère, les graines du phytoparasite germent à proximité des racines de la plante hôte puis se fixent sur ces dernières. La différentiation d'un haustorium permet ensuite la connexion des systèmes vasculaires des 2 plantes. Cette interaction souterraine repose sur des mécanismes complexes, influencés par des facteurs abiotiques et biotiques qui restent encore mal connus (Cochavi, 2025). Il résulte de ces interactions entre l'hôte et son microbiote/phytoparasite/environnement une forte hétérogénéité de la distribution des populations de P. ramosa dans les parcelles agricoles et une forte difficulté à prédire le risque parasitaire tant à un niveau intra- qu'inter-parcellaire. Dans le cadre du projet OroFit (PRC ANR-25-CE32-3577), dans lequel s'inscrit cette thèse, nous cherchons à identifier les principaux facteurs (pédo-climatiques, microbiologiques, etc.), ainsi que leurs interactions qui influent sur la fitness du parasite en parcelles agricoles. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous chercherons à valider ou infirmer des hypothèses inférées à partir de relevés de terrain, effectués sur 20 parcelles agricoles, suivies sur 2 années, en termes de niveaux d'infestation aux orobanches, composantes physico-chimiques et biotiques des sols. Il s'agira ainsi d'évaluer en conditions contrôlées (essais en pots en sol non stérile, en serre), l'impact des facteurs environnementaux (i.e., statut hydrique du sol, température et taxons et fonctions microbiennes) favorables ou défavorables à l'émergence de P. ramosa. Notre hypothèse générale est que le fonctionnement hydrique du sol et les conditions thermiques de l'environnement modulent à la fois (1) la fitness du phytoparasite P. ramosa (germination, attachement aux racines du colza et développement) et (2) la composition et les potentielles fonctions de biocontrôle des communautés microbiennes dans les sols résistants. Ces interactions, en influençant l'écologie du parasite, offrent des leviers potentiels pour le développement de stratégies de biocontrôle.

Le premier objectif vise à caractériser l'effet du régime hydrique du sol, de la température et de leur combinaison sur la fitness de P. ramosa, en ciblant les étapes de germination et d'attachement du parasite à son hôte, en conditions contrôlées.
Le second objectif consiste à décrypter le rôle du microbiote sur le parasitisme, via : (1) l'identification des taxons et fonctions microbiennes associés à une réduction de l'infestation et l'isolement de souches microbiennes candidates, puis (2) l'établissement de communautés synthétiques microbiennes potentiellement capables de protéger le colza contre l'orobanche et la validation expérimentale de leur contribution à la protection du colza en conditions contrôlées. Le projet de thèse est organisé en 3 axes.

Axe 1 - Impact des effets du régime hydrique du sol, de la température et de leur combinaison sur la fitness de l'orobanche

Dans ce premier axe, des expériences en pots seront réalisées afin d'évaluer en serre, en sols non stériles, la capacité du parasite à conduire son cycle de vie, de l'initiation de la germination jusqu'à l'accrochage sur le système racinaire de son hôte voire la production d'hampes florales.

Deux sols de parcelles agricoles échantillonnées dans le cadre de l'ANR OroFit seront sélectionnés en fonction de leur capacité élevée (sol sensible') ou faible (sol résistant') à favoriser le développement (accrochage et émergence) de P. ramosa. Des stress abiotiques (stress hydriques et thermiques) seront appliqués au stade phénologique « 4 feuilles » du colza d'hiver, stade auquel l'orobanche commence à s'attacher aux racines de la plante hôte.

Les expériences sur l'impact du statut hydrique du sol sur le phytoparasitisme seront réalisées dans des essais en pots en utilisant le système d'arrosage « Drought Spotter » (Phenospex, plateforme Serre' de la FR BioEEnVis). Différents statuts hydriques du sol seront comparés pour les deux types de sols sélectionnés (point de flétrissement, saturation en eau vs une condition témoin correspondant à la capacité de rétention du sol).

Après environ 6 semaines de croissance, la croissance des colzas sera mesurée (biomasses aérienne et racinaire sèches), et le nombre d'orobanches attachées aux racines énumérées. Du sol rhizosphérique sera récolté et une analyse comparative de la structure des communautés microbiennes sera effectuée (e.g., métabarcoding rrs, ITS, et 18S). Ces analyses permettront d'apporter des éléments de compréhension sur l'importance du statut hydrique du sol, de l'état de développement de la plante hôte et de la composition des communautés microbiennes associées sur la capacité de l'orobanche à parasiter son hôte. Un sous-ensemble d'échantillons fera l'objet d'une analyse métagénomique (en collaboration avec la plateforme de bioinformatique iBio, dans l'UMR 5557) afin d'identifier les fonctions microbiennes susceptibles d'aider la plante hôte à faire face au stress hydrique et au parasite.

En ce qui concerne les traitements thermiques, l'effet de températures basses (5 °C) et élevées (35 °C) sera comparé aux conditions optimales pour le parasitisme de l'orobanche (20 °C). Les effets de ces trois températures différentes seront analysés à la fois sur l'hôte, le colza, en l'absence et en présence de P. ramosa. Comme précédemment décrits, la croissance de l'hôte sera évaluée, le nombre d'orobanches fixées aux racines du colza déterminé et la diversité et composition des communautés microbiennes caractérisées par métabarcoding, ce qui permettra d'établir un lien entre les caractéristiques du microbiote, la croissance de l'hôte et la capacité de l'orobanche à parasiter son hôte en conditions de stress thermique.

Une fois que les effets des stress hydriques et thermiques sur le parasitisme de l'orobanche auront été caractérisés, un scénario climatique simple, construit de manière cohérente à partir des résultats des essais précédents et combinant ces deux facteurs, sera mis en oeuvre. Ainsi, la condition témoin sera T = 20 °C et pour la teneur en eau du sol, la capacité de rétention du sol. Les différentes conditions de stress seront [5 °C et/ou 35 °C] × [point de flétrissement et/ou saturation en eau du sol]. Comme précédemment décrits, les effets de ces stress combinés seront évalués sur (i) le nombre de P. ramosa fixées aux racines du colza et (ii) la croissance du colza, ainsi que sur (iii) la composition des communautés microbiennes de la rhizosphère.

Ces essais en conditions contrôlées permettront d'évaluer les principaux facteurs abiotiques affectant le succès parasitaire de P. ramosa sur le colza et les relations existant entre la fitness de P. ramosa, la croissance de la plante et la composition du microbiote.

Axe 2 - Activité du microbiote du sol sur le parasitisme de l'orobanche en conditions contrôlées

Dix sols de parcelles agricoles présentant des profils d'infestation par P. ramosa contrastés (i.e., potentiels sols résistants' et sensibles' à l'orobanche) seront sélectionnés. Les échantillons de sols seront analysés, en conditions contrôlées, afin d'évaluer l'activité des communautés microbiennes indigènes de ces sols sur la capacité de P. ramosa à parasiter le colza, à l'aide d'un protocole initialement conçu pour l'interaction Striga/sorgho (Taylor et al. 2024). Cette méthode permet d'utiliser des quantités minimales de sol prélevées en parcelles agricoles pour évaluer l'activité inhibitrice, stimulatrice ou neutre du microbiote de sols résistants ou sensibles contre des phytoparasites. Après 35 jours de croissance, le nombre d'orobanches attachées aux racines de colza seront énumérées et les communautés microbiennes issues des différents sols rhizosphériques des colzas (en présence ou absence de P. ramosa) seront échantillonnés et caractérisées par métabarcoding (e.g., métabarcoding rrs, ITS, et 18S) afin d'établir un lien entre la structure du microbiote et la capacité des sols à favoriser ou non le développement de l'orobanche. Des analyses statistiques multivariées et de reconstruction de réseaux microbiens (collaboration avec J. Almario et D. Muller dans l'UMR 5557) seront utilisées pour identifier les microbiotes et taxa microbiens présentant une corrélation positive ou négative avec la capacité de l'orobanche à parasiter son hôte dans les conditions testées. Ces expériences permettront d'identifier des taxa microbiens candidats dont l'abondance varie en fonction de la capacité de P. ramosa à parasiter son hôte. Des analyses métagénomiques sur les conditions les plus contrastées complèteront cette analyse et permettront de caractériser les fonctions microbiennes pouvant jouer un rôle dans le contrôle de la fitness du parasite.

Axe 3 - Etablissement de communautés synthétiques microbiennes (SynCom) capables de protéger le colza contre l'orobanche en conditions contrôlées

Une collection de souches microbiennes (environ 300 isolats bactériens et fongiques), isolées à partir de sols criblés précédemment, sera constituée. L'objectif sera d'isoler des candidats appartenant aux mêmes genres et espèces identifiés comme ayant de potentielles activités négatives contre l'orobanche dans l'axe 2, en utilisant des milieux de culture spécifiques, en fonction des taxa microbiens candidats. Une des 2 équipes d'accueil a déjà constitué des collections de souches fongiques (UMR Agroécologie, S. Gibot-Leclerc) issues de tissus nécrotiques de l'orobanche et dispose donc de protocoles standardisés. Sur la base des réseaux microbiens établis dans l'axe 2, des communautés synthétiques (SynComs, n 5) contenant 20-30 membres seront construites. Leur composition sera contrôlée par des analyses de métabarcoding. Les effets de ces SynComs, ainsi que ceux de certaines souches individuelles clés (n 10, sélectionnées car leurs genres sont présents dans tous les sols résistants'), sur la fixation de l'orobanche et la croissance du colza seront évalués dans un sol sensible à l'orobanche et dont l'activité aura été préalablement confirmée en serre (dans des conditions d'humidité et de température du sol optimales pour l'orobanche, telles que déterminées dans l'axe 1). Les génomes de souches des SynComs capables de contrôler négativement la fitness de l'orobanche seront séquencés afin d'identifier par génomique comparative de potentielles fonctions microbiennes impliquées dans cet effet.

Les différents axes permettront d'améliorer notre compréhension des facteurs biotiques (microbiote du sol) et abiotiques (i.e., teneur en eau et températures) contrôlant en conditions contrôlées le phytoparasistisme du colza par l'orobanche rameuse.

Les compétences recherchées sont de solides connaissances en écologie microbienne et microbiologie et un intérêt pour l'étude des interactions plante/microbiote/environnement. Une maitrise du modèle d'interaction colza/orobanche rameuse est également souhaitée. La candidate devra être capable de développer son sens de l'organisation et devra faire preuve d'autonomie et de curiosité, tout en ayant un sens aigu du travail en équipe. Elle doit également avoir de bonnes capacités de communication orale et de bonnes compétences rédactionnelles.

• Travail en équipe
• Autonomie
• Compétences rédactionnelles
• Sens de l’organisation