Épidémiologie des maladies majeures et structuration des microbiomes racinaires : étude comparative entre rizicultures irriguée et de bas fond au Burkina Faso / Mariam Barro ; sous la direction de Gilles Béna et de Irénée Somda

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Riziculture -- Burkina Faso

Riziculture de bas-fonds -- Burkina Faso

Phytopathologie

Béna, Gilles (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Somda, Irénée (Directeur de thèse / thesis advisor)

Diouf, André-Diégane (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Sarniguet, Alain (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Fernandez, Diana (1961-....) (Membre du jury / opponent)

Sankara, Fernand (Membre du jury / opponent)

Université de Montpellier (2015-2021) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Université Nazi Boni (Bobo-Dioulasso, Burkina Faso) (Organisme de cotutelle / degree co-grantor)

GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Plant Health Institute (Montpellier) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Le riz constitue l’aliment de base de plus de la moitié de la population mondiale et sa consommation est en forte augmentation en Afrique de l’Ouest. De multiples contraintes affectent sa production, limitant ainsi les rendements rizicoles mondiaux, particulièrement au Burkina Faso où la production rizicole couvre à peine 47% des besoins des populations. Cela s’explique en partie par les dégâts causés par les agents pathogènes viraux, bactériens et fongiques. La compréhension de la dynamique spatiotemporelle des maladies et l'identification des facteurs de risque sont d'une importance capitale pour guider le déploiement de moyens de lutte efficaces car l’infection d’un hôte dépend de l’agent pathogène considéré mais aussi de la plante (génotype) et de l’environnement biotique et abiotique de la plante. Cet environnement biotique comprend les micro-organismes associés aux racines qui peuvent maintenant être appréhendés grâce aux techniques récentes de séquençage haut débit.Nous avons mené la présente étude entre 2016 et 2019 à l’ouest du Burkina Faso dans trois zones géographiques, comprenant chacune un périmètre irrigué, et un bas-fonds situé à proximité, donc un total de six sites. Tout d’abord, des entretiens ont été réalisé avec les agriculteurs pour mieux caractériser les pratiques agriculturales dans chacun des sites. Ils confirment que les deux systèmes de riziculture diffèrent en termes de pratiques culturales, avec notamment le repiquage, les deux saisons de riz, et une plus forte fertilisation minérale en riziculture irriguée.En outre, nous avons génotypé 77 échantillons de riz du Burkina Faso sur des milliers de SNP et analysé les données obtenues dans le cadre de la diversité génétique mondiale d'Oryza sativa. Tous les échantillons collectés au champ étaient assignés à Oryza sativa indica, sauf un correspondant au groupe Aus. Nous n’avons pas obtenu de différences entre la génétique des échantillons de riz des zones irriguées et celui des bas-fonds, à l'exception de Tengrela qui diffère de tous les autres sites, avec la présence de l’échantillon Aus et une différentiation forte par rapport aux cinq autres sites.De plus, nous avons visité annuellement des parcelles de riz et observé les symptômes foliaires afin de comparer les niveaux des quatre principales maladies du riz : la panachure jaune, la bactériose à stries foliaires, la pyriculariose et l’helminthosporiose entre deux systèmes rizicoles. Globalement la fréquence des symptômes (quatre maladies confondues) est plus élevée en riziculture irriguée que dans les bas-fonds. C’est aussi le cas spécifiquement pour la bactériose à stries foliaires et la pyriculariose. En revanche, la panachure jaune du riz est présente à forte fréquence et incidence dans certains sites (‘hotspots’), tandis que l’helminthosporiose est fréquente dans tous les sites. Les fréquences de co-occurrence sont plus élevées dans les périmètres irrigués que dans les bas-fonds.Enfin, nous avons caractérisé la diversité microbienne associées aux racines du riz par une approche de metabarcoding, c’est-à-dire un séquençage haut-débit des loci 16S pour les communautés bactériennes et ITS pour les communautés fongiques. Les principaux facteurs structurants ces communautés microbiennes sont le type de riziculture, la zone géographique, le site et le compartiment racinaire. Nous avons obtenu plus de diversité de procaryotes en riziculture irriguée (avec des réseaux plus complexes) que dans les bas-fonds, et identifié des phylotypes clés dans les communautés de chaque type de riziculture.Notre approche intégrative, qui s’inscrit dans le concept de ‘phytobiome’, contribue à une meilleure compréhension de la santé de la plante au sens large, dans le but de contrôler les bioagresseurs des cultures tout en protégeant la santé humaine et environnementale.Mots clés: Riz, riziculture irriguée, bas-fonds, maladies, Burkina Faso, diversité génétique, microbiome

Résumé / Abstract : Rice is a staple food for more than half of the world's population and its consumption is increasing in West Africa. Multiple constraints affect its production, limiting global rice yields, particularly in Burkina Faso, where rice production covers barely 47% of the population's needs. This is partly due to damage caused by viral, bacterial and fungal pathogens. Understanding the spatiotemporal dynamics of diseases and identifying risk factors is of paramount importance in guiding the deployment of effective control measures, as host infection depends on the considered pathogen, but also on the plant (genotype), as well as the biotic and abiotic environment of the plant. This biotic environment includes the microorganisms associated with the roots, which can now be deciphered using recent high-throughput sequencing technologies.We conducted the present study between 2016 and 2019 in western Burkina Faso in three geographical areas, each of which included one irrigated perimeter, and a nearby lowland, resulting in a total of six sites. First, interviews were conducted with farmers to better characterize farming practices in each site. They confirmed that the two rice-growing systems differ in terms of cultural practices, including transplanting, two rice seasons, and higher mineral fertilization in irrigated rice.In addition, we genotyped 77 rice samples from Burkina Faso on thousands of SNPs and analyzed the resulting data in the context of global Oryza sativa genetic diversity. All samples collected in the field were assigned to Oryza sativa indica, except one corresponding to the Aus group. No differences were found between the genetics of the irrigated and lowland rice samples, with the exception of Tengrela, which differed from all other sites, with the presence of the Aus sample and a strong differentiation from the other five sites.In addition, we visited rice plots annually and observed leaf symptoms to compare the levels of the four major rice diseases: yellow mottle disease, bacterial leaf streak (BLS) disease, rice blast and brown spot between two rice systems. Our results show that overall the frequency of symptoms (all four diseases combined) is higher in irrigated rice than in lowland rice. This is also the case specifically for BLS and for rice blast. In contrast, rice yellow mottle disease is present at high frequency and incidence in some specific ('hotspots') sites, while brown spot is common in all sites. Co-occurrence are higher in irrigated areas than in lowland areas.Finally, we characterized the microbial diversity associated with rice roots using a metabarcoding approach, i.e. high-throughput sequencing of 16S loci for bacterial communities and ITS for fungal communities. The main factors structuring these microbial communities are the rice growing system, the geographical zone, the specific site and the root compartment. We obtained more prokaryotic diversity (and more complex networks) in irrigated rice, compared to rainfed lowlands and identified key phylotypes in the communities of each type of rice cultivation.Our integrative approach, inspired by the 'phytobiome' concept, contributes to a better understanding of plant health in the broadest sense, with the aim of controlling crop pests while protecting human and environmental health.Keywords: Rice, irrigated rice, lowland, diseases, Burkina Faso, genetic diversity, microbiome