La compensation dans les interactions plantes-insectes : modélisation, simulation et expérimentation Audrey Lebon To cite this version: Audrey Lebon. La compensation dans les interactions plantes-insectes : modélisation, simulation et expérimentation. Biologie végétale. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2014. Français. NNT : 2014MON20161. tel-01747618 HAL Id: tel-01747618 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01747618 Submitted on 29 Mar 2018 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. Délivré par UNIVERSITE MONTPELLIER 2 Préparée au sein de l’école doctorale Sibaghe Et de l’unité de recherche AMAP (CIRAD) Spécialité : Écologie, Évolution, Ressources Génétiques, Paléontologie (EERGP) Présentée par Audrey Lebon La compensation dans les interactions plantes-insectes : modélisation, simulation et expérimentation Soutenue le 10 décembre 2014 devant le jury composé de M. Yves DUMONT, directeur de recherche, CIRAD, Montpellier Directeur de thèse M. Michel GENARD, directeur de recherche, INRA, Avignon Rapporteur M. Frédéric GROGNARD, chargé de recherche, INRIA, Sophia Antipolis Examinateur M. Serge KREITER, professeur, SupAgro, Montpellier Examinateur M. Jean-Christophe POGGIALE, professeur, AMU, Marseille Rapporteur “La r´eflexion peut nuire gravement `ala sant´e,ou du moins `ala paix de l’esprit.” Geert Kelchtermans R´esum´e La r´esistance et la tol´erance, c’est `adire la capacit´ede la plante `asupporter la pr´esence des ravageurs, sont deux moyens dont usent les plantes pour se d´efendre. La tol´erance est fortement li´ee `aun processus de compensation qui est une r´eponse positive des plantes `ala pr´esence des ravageurs (en terme de reproduction et/ou de croissance). Dans le but d’apporter de nouvelles pistes de r´eflexion dans le domaine des interactions plantes- insectes, nous avons conduit trois ´etudes diff´erentes sur la compensation chez les plantes. Dans la premi`ere, nous avons d´evelopp´eun mod`ele math´ematique g´en´erique, dont l’´etude a mis en ´evidence l’existence de param`etres seuils qui d´eterminent la co-existence ou non de diff´erents types d’´equilibres de compensation. La seconde ´etude, exp´erimentale, visait `atester l’hypoth`ese de compensation chez la tomate en r´eponse `ala mineuse de la tomate, Tuta absoluta . Dans notre exp´erience, le cultivar de tomate a pr´esent´edes tendances `ala compensation pour deux niveaux d’infestation, et `ala sur-compensation reproductive en cas de faible infestation. Enfin, toujours dans le cas de la tomate et T. absoluta , les derniers d´eveloppements s’appuient sur un mod`ele informatique de type ≪ Structure-Fonction ≫. Ce mod`ele a permis de tester et visualiser diff´erentes situations (dates et positionnements de l’attaque) sur une repr´esentation plus r´ealiste de la plante. Pour conclure, nous avons mis en ´evidence que la compensation peut avoir un impact important sur l’efficacit´edes strat´egies de protection des cultures et qu’elle devrait ˆetre prise en compte dans le d´eveloppement de ces derni`eres. Mots-clefs : Interactions Plantes-Insectes, Compensation, Mod´elisation Math´ematique, Tomate, Tuta absoluta , Simulation Informatique, D´efense des Plantes. Abstract Compensation response in plant-insect interactions : modelling, simulation and experiment. Resistance and tolerance, which is the ability of plants to endure a pest attack, are two different aspects of plants defenses. Tolerance is strongly linked to a compensation process which is a positive response of plants to the presence of pests (in terms of reproduction and / or growth). In order to bring new insights in the field of plant- insect interactions, we conducted three different studies on compensation in plants. In the first one, we developed a generic mathematical model, whose study revealed the existence of threshold parameters that determine the co-existence or not of different types of compensation equilibria. The second study, which was experimental, aimed to test the hypothesis of a compensation response in tomato under the attack of the tomato leafminer, Tuta absoluta . In our experiment, the tomato cultivar presented trends in compensation for two levels of infestations, and trends of reproductive overcompensation for low infestation. Finally, our last study is based on a ”Structure-Function” computer model, still on tomato and T. absoluta . This model was used to test and visualize different attack situations (dates and positions) on a more realistic representation of the tomato plant. In conclusion, we have shown that compensation may have a significant impact on the efficacy of crop protection strategies, and should be taken into account in their development. Keywords : Plant-Insect Interaction, Compensation, Mathematical Modelling, Tomato, Tuta absoluta , Computer Simulation, Plant Defenses. Remerciements Si je suis convaincue d’une chose `afin de ces trois ans de th`ese, c’est que tout aurait ´et´e diff´erent sans la pr´esence de certaines personnes dans ma vie. Je remercie toutes les institutions qui m’ont permis de r´ealiser ma th`ese dans les meilleures conditions : le CIRAD, mon laboratoire AMAP ainsi que l’´ecole doctorale Sibaghe et l’universit´ede Montpellier 2. Parmi ces institutions, je me dois de remercier mon di- recteur de th`ese, Yves Dumont pour son encadrement. Je remercie ´egalement l’Institut de Sophia Agrobiotech ainsi que l’INRIA au travers de Ludovic Mailleret et Fr´ed´eric Grognard pour leurs relectures et leurs avis sur mes travaux. Je tiens `aremercier mes rapporteurs, Jean Christophe Poggiale et Michel G´enard pour leur relectures constructives et d´etaill´ees de mes travaux de recherche, ainsi Fr´ed´eric Grognard et Serge Kreiter qui ont tr`es aimablement accept´ede faire partie de mon jury de th`ese. Un merci un peu particulier pour Serge Kreiter et Thierry Fourcaud qui m’ont aid´eet soutenu dans les moments compliqu´es de ma th`ese. Au cours de ma th`ese, j’ai eu l’incroyable chance d’effectuer une mission de trois mois aux Pays-Bas. Je voudrais donc remercier toute l’´equipe du CSA de Wageningen : Wopke van der Werf qui a eu la gentillesse de m’encadrer, de m’´ecouter, de me conseiller, de me ras- surer mais aussi de me faire visiter sa r´egion, de me faire partager des instants d´elicieux en compagnie de sa famille ; Jochem Evers, qui a eu la patience de m’apprendre un nouveau langage informatique, qui m’a aid´e`aconstruire ces fameuses tomates virtuelles et avec qui j’ai pu partager ces fonds d’´ecrans geeks ; Ep Heuvelink qui a su prendre de son temps pour partager ses connaissances sur les tomates lors de nos r´eunions ou mˆeme d’un TP ; Sjanie, pour toutes ses gentilles attention et son aide pr´ecieuse pour m’int´egrer dans la grande ´equipe du CSA et bien sur, l’ensemble des doctorants et stagiaire du CSA Wenfeng, Franca, Marcia, Fang, Yang, Junqi pour les pauses repas tellement joyeuses et les soir´ees d´ecouvertes du monde o`uj’ai mang´ebien plus que de raison. J’ai ´egalement pu passer plusieurs mois `al’institut de Sophia Agrobiotech pour la r´ealisation de mes exp´erimentations. Tous mes remerciements sur cette p´eriode vont avant tout `aPhilippe B´earez, qui avec sa gentillesse sans limite a toujours ´et´el`apour me donner un coup de main et sans qui bien des choses n’auraient pu ˆetre faites ; `a Lionel Salvy et Sylvain Nu´ee pour les midis apaisants et les discussions anim´ees ; `aPeng Han pour avoir accept´ede partager son bureau avec moi ; `aVal´erie et Pascale pour leur aide sur la mise en place de l’exp´erimentation et leurs mots d’encouragements ; et bien sur `aNicolas Desneux. iv En tant que doctorante de la premi`ere promotion de l’EIR-A, je souhaite ´egalement remercier Agreenium pour ces deux s´eminaires r´esidentiels qui m’ont permis de faire des pauses appr´eci´ees dans la r´edaction d’article et la pr´eparation de colloques `al’´etranger tout en m’ouvrant `ad’autres probl´ematiques. Mais quand je pense `a Agreenium, je pense particuli`erement `aMireille Mourzelas pour l’organisation de folie des s´eminaires, mais aussi `aSt´ephane Guilbert pour sa pr´esence, son ´ecoute et sa gentillesse. Et puis comment oublier toute ma promo : Oriane, Arnaud, Camille, H´el`ene, Caroline, Cl´ement, Enrique et tous les autres que je ne vais pas pouvoir citer. Merci pour ces soir´ees inoubliables, pour ces moments de franche rigolades et pour ce partage de nos situations parfois bienheureuses, parfois douloureuses. Enfin mais ce sont certainement les remerciements les plus importants, merci `atous ceux sans qui je ne serai certainement pas arriv´ee au bout de ces trois ans. Merci `aNicolas, Gilles, Jean pour avoir accept´ema pr´esence dans leurs bureaux pendants ces trois ans, merci d’avoir support´emes grognements d’exasp´eration, mes d´ecouragements et mes ´eclats de rire devant mon pc. Merci `atous les coll`egues du laboratoire pour ces nouvelles ´echang´ees au coin d’un couloir ou `ala machine `acaf´e. Merci `aJeff qui n’a eu de cesse de v´erifier que je tenais toujours bien dans mes talons. Mille fois merci `aS´ebastien Griffon qui au del`ade son aide pr´ecieuse sous GroImp, est devenu un ami r´eellement cher `ames yeux : merci pour ces pauses midis donc j’avais parfois affreusement besoin, merci pour ces soir´ees pass´ees `arefaire le monde, et surtout merci pour toutes les fois o`utu m’as encourag´eet soutenu.