Thèse Approche d'Épidémiologie Évolutive Appliquée au Nématode du Pin en Nouvelle Aquitaine H/F

Université de Bordeaux

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences et environnements
Laboratoire de recherche : BIOGECO - BIOdiversité, Gènes & Communautés
Direction de la thèse : Christophe PLOMION ORCID 0000000231762767
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-27T23:59:59

La détection récente du nématode du pin (Bursaphelenchus xylophilus) en Nouvelle-Aquitaine constitue une menace majeure pour les forêts régionales et plus largement à l'échelle Européenne. Responsable de la maladie du flétrissement du pin, cet agent pathogène de quarantaine a des conséquences économiques, environnementales et sociales considérables.
Ce projet de thèse vise à développer des outils et des connaissances mobilisables à l'échelle nationale autour de trois objectifs complémentaires. Le premier consiste à améliorer la détection précoce du nématode du pin en optimisant la méthode LAMP, afin d'améliorer le protocole pour qu'il soit plus fiable, rapide et facilement déployable par les acteurs de la surveillance sanitaire, y compris les gestionnaires de terrain.
Le second objectif porte sur l'étude de la dynamique évolutive et démographique du nématode du pin en interaction avec son espèce soeur native, B. mucronatus, naturellement présente sur le territoire. Les interactions potentielles (compétition, hybridation) seront étudiées par des expérimentations en serres confinées (EMERGREEN) et sur sites régionaux, à l'aide de marqueurs génétiques SSR. Ces travaux permettront d'anticiper l'évolution du risque sanitaire spécifique au contexte néo-aquitain.
Le troisième objectif vise à développer un modèle démo-génétique prédictif, intégrant les données produites, afin de simuler des scénarios d'invasion à l'échelle régionale et d'évaluer l'efficacité de stratégies de gestion adaptées (zones tampons, coupes sanitaires, modalités de surveillance).
Le projet repose sur une approche pluridisciplinaire associant génétique des populations, épidémiologie évolutive et modélisation, ainsi que sur une collaboration internationale avec l'INIAV (Portugal), permettant de bénéficier de retours d'expérience sur des territoires déjà confrontés au nématode du pin.

Contexte général :

Le nématode du pin (PWN pour Pine Wood Nematode), Bursaphelenchus xylophilus, est une espèce invasive qui constitue une menace majeure pour les pinèdes européennes (Mota et Vieira 2008). Il est responsable de la maladie du flétrissement du pin qui touche plusieurs espèces du genre Pinus, dont Pinus pinaster, P. nigra et P. sylvestris, occasionnant une perte annuelle de plusieurs millions de tonnes de bois à l'échelle mondiale. Le PWN est originaire d'Amérique du Nord, où il provoque rarement des dommages aux pins autochtones (Bergdahl 1987, Wingfield et al. 1982, Mallez S et al. 2013). Il a été introduit en Asie au début du 20eme siècle, puis en 1999 au Portugal où il s'est établi avec succès et a provo-qué de nombreux dépérissements (Mota et al. 1999, Fonseca et al. 2012, Mallez et al. 2015, Zhao et Sun 2017, Mallez et al. 2021). Sur ces trois continents, sa vection est assurée par des espèces indigènes de coléoptères longicornes (Monochamus galloprovincialis en Europe). En France, le risque d'introduction du PWN était jusqu'à présent considéré comme très élevé, notamment en Nouvelle-Aquitaine, région où l'insecte vecteur est très présent et le pin maritime couvre près de 800 000 hectares. C'est dans ce con-texte qu'un premier foyer de nématode du pin a été détecté sur la commune de Seignosse, en Nouvelle Aquitaine (Communiqué de Presse du 4 novembre 2025) et son arrivée en France rend d'autant plus importants et urgents les enjeux de surveillance et de compréhension de l'épidémiologie évolutive du nématode du pin. Le coût des pertes de bois liées à cette introduction a été estimé à 5.29 milliards d'euros en Nouvelle-Aquitaine et à 22 milliards en Europe (Soliman et al. 2012). Ce contexte rend impératif d'améliorer la détection et d'anticiper les trajectoires d'invasion du PWN, tant sur le plan démo-graphique qu'évolutif.

État actuel des connaissances sur le sujet

1)La détection du PWN dans les arbres infectés
Préserver les peuplements forestiers et la fourniture des services écosystémiques (dont celui de production de bois) qui en découlent, est un enjeu majeur pour le secteur forestier. Au cours d'une invasion par le PWN, plus la détection d'arbres infectés est précoce, plus la gestion des foyers est efficace. Cette détection peut se faire en forêt ou en utilisant des outils de télédétection. La méthode actuelle pour vérifier si un pin dépérissant est infecté par le PWN consiste à prélever des copeaux de bois à hauteur d'Homme (1m30) et à les envoyer aux laboratoires agréés pour analyse. La recherche du PWN dans les prélèvements de bois se fait ensuite par la méthode officielle de l'Anses (méthode ANSES/LSV/MA020). Celle-ci est longue et assez fastidieuse, car elle nécessite d'extraire les nématodes des échantillons de bois par décantation dans l'eau, puis d'en extraire l'ADN et de l'amplifier par PCR, opérations réalisées en laboratoire par des spécialistes. Plusieurs méthodes moléculaires de détection et identification in situ (dont des méthodes LAMP (loop-mediated isothermal amplification) ou RPA (recombinase polymerase amplification)) ont été développées par différentes équipes (Kikuchi et al. 2009 ; Kang et al. 2015 ; Leal et al. 2015 ; Meng et al. 2018 ; Cha et al. 2019, 2020, Ahuja & Somvanshi 2021, Li et al. 2022). Elles sont rapides (résultats en 1h30 avec un kit japonais commercialisé (Kikuchi et al. 2009)) et peuvent être réalisées par des non-spécialistes. Cependant pour que ces méthodes puissent être utilisées pour la surveillance sanitaire du massif forestier, elles doivent remplir certaines conditions : reposer sur une méthode d'extraction d'ADN réalisable sur le terrain, ne pas nécessiter de compétences spécifiques en biologie moléculaire et présenter une grande sensibilité et spécificité (absence de faux négatifs et de faux positifs).

2)Bursaphelenchus mucronatus, l'espèce soeur non pathogène du PWN qui peut impacter son potentiel évolutif
En Europe, la niche écologique du nématode du pin est occupée par une espèce du même genre, B. mucronatus, qui partage les mêmes hôtes, a le même cycle de vie et est disséminée par le même insecte vecteur. Cette grande similitude offre une occasion unique de comprendre le fonctionnement des populations de l'espèce invasive en étudiant l'espèce autochtone. Les recherches actuelles montrent des interactions complexes entre B. xylophilus et B. mucronatus. D'une part, une dynamique compétitive complexe a été démontrée entre ces deux espèces, avec un avantage compétitif de B. xylophilus à la fois sur champignon et sur pin (Roques et al. 2015). D'autre part, des données initiales suggèrent une hybridation entre ces deux espèces (Liu et al. 2019), les individus hybrides étant aussi pathogènes que le parent B. xylophilus (Li et al. 2021). Bien que B. mucronatus soit considéré comme non pathogène, sa présence en Nouvelle Aquitaine pourrait affecter les phases initiales de l'invasion de B. xylophilus, et leur hybridation pourrait influencer l'adaptation et la trajectoire évolutive du PWN au cours de l'invasion.

3)Dispersion du PWN : une approche multi-échelle pour éclairer les politiques de gestion des risques
La dispersion du PWN représente un enjeu majeur pour la gestion des risques épidémiologiques, qu'elle soit naturelle (via l'insecte vecteur ou par le nématode lui-même) ou anthropique (par transport de bois). Deux échelles de dispersion, encore mal caractérisées, doivent être distinguées pour affiner les stratégies de lutte :
- A large échelle, au sein du paysage, la dissémination du PWN entre dèmes de nématodes, peuplements forestiers et arbres hôtes reste partiellement documentée. Bien que des travaux menés par des équipes INRAE (Robinet et al. 2011, Haran et al. 2018) aient exploré ce phénomène par modélisation et/ou par l'étude de la dispersion du vecteur, la dispersion effective (i.e. le flux de gènes) du nématode invasif, que ce soit dans sa région d'origine ou dans les régions envahies, demeure inconnue. Cette lacune concerne également l'espèce soeur B. mucronatus, notamment dans les massifs forestiers Européen, dont ceux de Nouvelle-Aquitaine.
- A fine échelle, au sein d'un arbre, la dispersion résulte des déplacements actifs des nématodes et de leur multiplication locale, un processus tout aussi crucial pour comprendre la dynamique épidémique.
Or la combinaison de ces deux échelles - macro (paysage) et micro (arbre) - est essentielle pour évaluer la vitesse de propagation du PWN, identifier les zones à risques, et adapter les mesures de surveillance et de contrôle. Une approche intégrée, couplant l'analyse des flux de gènes et des mécanismes de dispersion, permettrait d'affiner les modèles prédictifs et d'accompagner plus efficacement les politiques publiques.
La diversité génétique neutre des populations de PWN semble suivre les patrons des événements de fondation successifs que cette espèce a subi (Mallez et al. 2013, 1015, 2021) : plus élevée dans l'aire native, modérée à faible en Asie, et très faible au Portugal. Cependant les marqueurs SSR utilisés (Mallez et al. 2013) s'avèrent trop peu résolutifs pour caractériser finement la structuration géographique et les flux de gènes : ils sont en effet monomorphes dans les régions envahies. Pour pallier cette limite, de nouveaux marqueurs basés sur des haplotypes multi-alléliques (comme développés dans Lepais et al. 2020) ont été développés et sont en cours de validation au sein de l'UMR BIOGECO. Ces nouveaux marqueurs offrent une résolution bien supérieure à celle de ceux existant, permettant une analyse plus précise de la diversité génétique dans les régions envahies.

Contexte spécifique à l'agent pathogène de quarantaine B. xylophilus :
B. xylophilus est un organisme de quarantaine prioritaire qui ne peut être manipulé en France que dans des structures agréées présentant un haut niveau de confinement. La plateforme EMERGREEN, portée par les UMRs BIOGECO et BFP, est constituée de laboratoires et de serres confinés de niveau de sécurité biologique 2+ adaptés à la manipulation de B. xylophilus en l'absence de son vecteur. Cette plateforme, située sur le centre INRAE de Villenave d'Ornon, en Nouvelle Aquitaine, a obtenu l'agrément pour la manipulation de B. xylophilus en février 2025 et nous permettra de réaliser les inoculations de jeunes plants de pin maritime pour la partie expérimentale de ce projet.

L'objectif de ce projet est de mieux détecter, comprendre et anticiper les trajectoires évolutives et démographiques du nématode du pin sur le territoire français, en intégrant les interactions avec son espèce soeur native B. mucronatus à travers des données empiriques et des modèles prédictifs. Pour cela, ce projet de thèse doit répondre à trois défis distincts :
- Défi 1 (DETECTER) : Améliorer la détection précoce du nématode du pin dans les nouvelles aires envahies, et notamment dans le contexte du nouveau foyer détecté en Nouvelle Aquitaine.
- Défi 2 (COMPRENDRE) : Évaluer l'évolution seule et conjointe des deux espèces B. xylophilus et B. mucronatus dans le temps et le long du front de colonisation au sein de plants infectés.
- Défi 3 (ANTICIPER) : Proposer un cadre prédictif à différentes échelles spatiales pour anticiper les scénarios d'invasion du nématode du pin et appuyer les stratégies de surveillance et de gestion

WP1. Défi 1 (DETECTER) - Améliorer la détection précoce du PWN dans les nouvelles aires en-vahies, et notamment dans le nouveau foyer détecté en Nouvelle Aquitaine

Contexte spécifique : Un précédent projet nous a permis d'ajuster et de tester la méthode LAMP de détection précoce du PWN sur le terrain dans les pinèdes infectées du Portugal. Si nos résultats ont pour l'instant montré une grande spécificité de cette méthode (aucun faux positif sur les échantillons testés), ils mettent également en évidence une trop faible sensibilité, avec une grande proportion de faux négatifs. Cette faible sensibilité résulte principalement d'un biais d'échantillonnage due à la trop faible quantité de bois (100mg de copeaux) utilisée pour chaque test : un prélèvement d'un unique copeau de bois peut ne contenir aucun nématode même dans un arbre lui-même infecté par le PWN. Dans ce WP1 nous proposerons une amélioration de la méthode LAMP en optimisant la phase d'extraction d'ADN pour augmenter la quantité de matériel végétal testée et augmenter la sensibilité de la méthode.

WP1.1 : Amélioration de la méthode LAMP en laboratoire
Dans la première partie de ce WP1, nous testerons différentes pistes d'amélioration du protocole d'extraction d'ADN utilisé pour la méthode LAMP : une augmentation du volume de bois utilisé / différentes tailles de copeaux utilisés / différents tampons d'extraction. Pour chaque piste d'amélioration, une gamme d'échantillons de bois sera réalisée avec des quantités contrôlées de PWN dans chaque échantillon. Ces expérimentations auront lieu en laboratoire confiné (module IF de la plateforme EMERGREEN). Nous quantifierons la spécificité et la sensibilité de la méthode en milieu contrôlé et ajusterons les paramètres du protocole pour optimiser la détection du PWN.

WP1.2 Validation du nouveau protocole sur le terrain
Le protocole retenu à l'issue du WP1.1 sera testé sur des arbres infectés en conditions réelles de terrain. Pour chaque échantillon, une partie des copeaux prélevés sera analysée en parallèle en laboratoire pour connaître la concentration de nématodes dans chaque échantillon testé et quantifier la spécificité et la sensibilité de la méthode en conditions réelles.

WP2. Défi 2 (COMPRENDRE) - Évaluer l'évolution conjointe des deux espèces B. xylophilus et B. mucronatus dans le temps et le long du front de colonisation au sein de plants infectés

Contexte spécifique : 54 marqueurs SSR hautement polymorphes sont en cours de validation au sein de l'UMR BIOGECO (Villate et al., en préparation) : 50 sont interopérables entre les espèces B. xylophilus et B. mucronatus et quatre sont spécifiques à chaque espèce (deux par espèce). Ces marqueurs permettent actuellement de réaliser la première étude de génétique des populations étudiant conjointement les différents niveaux de structuration génétique de B. mucronatus et B. xylophilus à des échelles spatiales emboîtées (insectes vecteurs, pins, parcelles et pays), pour estimer le potentiel évolutif et la compétition interspécifique chez ces deux espèces. Ce projet de recherche est en cours et permettra de mieux comprendre la structuration génétique et les flux de gènes des deux espèces à l'échelle du paysage, mais ne propose pas de caractériser les flux de gènes intra-arbre. Dans ce WP2, nous proposons d'utiliser ces mêmes marqueurs pour étendre cette étude à l'évolution génétique conjointe de B. xylophilus et B. mucronatus au sein d'un même arbre hôte au cours d'une infection. Nous évaluerons l'évolution des deux espèces B. xylophilus et B. mucronatus dans le temps et le long du front de colonisation au sein de plants infectés, en conditions contrôlées et en milieu naturel.

WP2.1 Evolution expérimentale de B. xylophilus et B. mucronatus en milieu contrôlé de serres confinées
Une population initiale de chaque espèce (déjà disponibles en laboratoire) sera caractérisée génétiquement par un premier génotypage SSR de 60 individus par espèce. 36 jeunes plants de pin maritime seront ensuite inoculés en haut du tronc à partir de ces populations initiales, pour les trois modalités suivantes (12 plants par modalité) : B. xylophilus seul, B. mucronatus seul, B. xylophilus et B. mucronatus. L'expérience sera menée sur 40 jours avec un prélèvement de 3 réplicats par modalité tous les 10 jours, le cycle de reproduction du PWN étant d'environ 5 jours. À chaque prélèvement, le tronc des pins maritimes seront divisés en 3 sections de même taille (haut, intermédiaire, bas) pour évaluer la progression du front de colonisation. Dans chaque section :
- Étape 1. La densité de nématodes sera estimée dans chaque section par comptage assisté par imagerie numérique et par qPCR afin de caractériser l'évolution démographique des différentes populations le long du front de colonisation
- Étape 2. 15 individus seront génotypés pour étudier l'évolution des deux espèces au cours du temps et le long du front de colonisation. L'utilisation de marqueurs interopérables entre les deux espèces nous permettra d'identifier d'éventuels hybrides entre B. xylophilus et B. mucronatus dans le cas des co-inoculations, voire de caractériser la dynamique d'introgression et ses conséquences pour l'évolution des espèces.
- Étape 3. Une unique extraction d'ADN complémentaire sera effectuée sur l'ensemble des individus restant regroupés, pour en caractériser les fréquences alléliques et compléter les informations génotypiques individuelles obtenues à l'étape précédente.
Ces expérimentations seront réalisées en serre et laboratoire confinés (module IF de la plateforme EMERGREEN) et à la PGTB (séquençage SSR).

WP2.2 en milieu naturel en zones envahies pour B. xylophilus et saines pour B. mucronatus
Des copeaux de bois seront prélevés à trois hauteurs (50cm, 1m50 et une branche du houppier) dans 10 arbres de 4 parcelles en France et au Portugal, à trois pas de temps distincts d'une même épidémie : mi-juillet (début d'épidémie), mi-aout, et mi-septembre. Pour chaque échantillon, les étapes 1, 2 et 3 décrites en WP2.1 seront réalisées pour caractériser l'évolution démographique et génétique des différentes populations le long du front de colonisation en milieu naturel à fine échelle au sein d'un arbre.


WP3. Défi 3 (ANTICIPER) - Proposer un cadre prédictif à différentes échelles spatiales pour anti-ciper les scénarios d'invasion du PWN et appuyer les stratégies de surveillance et de gestion

Contexte spécifique : La dispersion potentielle du PWN en France a jusqu'à déjà fait l'objet de plusieurs études (Haran et al. 2018, Robinet et al. 2011) qui s'intéressent aux distances de vol et à la dispersion de l'insecte vecteur. Des premiers modèles s'intéressent en particulier à évaluer l'efficacité de certaines stratégies de gestion sur la probabilité d'éradication du PWN (Robinet et al., 2020). Dans ce WP3, nous proposons d'intégrer à ces modèles déjà existants l'évolution démographique et génétique du PWN, afin de déterminer non seulement les conséquences épidémiologiques, mais également les conséquences évolutives des scénarios de gestion au cours d'une invasion. La diversité génétique des populations de PWN peut impacter sa capacité d'adaptation lors d'une introduction. La modélisation démogénétique permet de prendre en compte à la fois l'évolution démographique et génétique des PWN (intra et inter-arbres) dans le temps et dans l'espace.

WP3.1 Choix des scénarios de gestion et du modèle de dispersion du PWN
Un groupe de travail constitué du doctorant, de la direction de thèse et de partenaires socio-économiques du projet se réunira pour définir les scénarios de gestion à intégrer dans le modèle pour en tester l'impact sur la dynamique démographique et évolutive du PWN en cas d'invasion. Les scénarios seront dans un premier temps choisis parmi des scénarios déjà identifiés et modélisés (scénarios témoins) et des scénarios de gestion réglementaires (réglementations française et européenne en cas d'invasion par le PWN). De nouveaux scénarios pourront également émerger des discussions de ce groupe de travail en fonction des besoins et contraintes de terrain identifiés par les acteurs de la filière, et notamment les propriétaires forestiers en Nouvelle Aquitaine. Des exemples de scénarios de gestion sont la coupe rase, les coupes ciblées, la mise en place d'une zone tampon, le contrôle de l'insecte vecteur, etc.
Une étude bibliographique sera réalisée en parallèle pour recenser et comparer les modèles pré-existants de dispersion du PWN et de son insecte vecteur, afin de choisir le modèle le plus adapté à notre problématique et aux scénarios de gestion identifiés.

WP3.2 Modélisation démo-génétique d'une invasion de PWN
Nous repartirons du modèle pré-existant de dispersion du PWN identifié dans le WP3.1 pour dévelop-per un modèle démo-génétique et évaluer l'évolution démographique et génétique du PWN lors d'une introduction, selon différents scénarios d'introduction et de gestion en réponse à cette introduction. Ce modèle permettra de suivre l'évolution du nombre d'individus de PWN et de leurs fréquences alléliques dans le temps (au cours d'une saison épidémique mais également entre années) et dans l'espace (intra-arbre, inter-arbres à l'échelle d'une parcelle forestière dans un premier temps puis d'un paysage multi-parcelles). Ce modèle intégrera les données du projet en cours DYNAPATH visant à caractériser la diversité génétique du PWN entre arbres d'une même parcelle et entre parcelles d'un même pays. Ce modèle intégrera également les scénarios de gestion identifiés par le groupe de travail du WP3.1 et les données empiriques du WP2 :
-La dispersion et l'évolution du PWN intra-arbre
-La présence de B. mucronatus dans le milieu et son impact sur le potentiel adaptatif et invasif du PWN
Nous réaliserons un plan de simulation permettant d'évaluer les différentes trajectoires démographiques et évolutives du PWN en fonction de la densité et de la variabilité génétique initiale de la population introduite, de la présence ou non de l'espèce endémique B. mucronatus sur le site d'introduction et des différents scénarios de gestion identifiés en WP3.1. Les sorties du modèle représenteront l'évolution démographique et génétique des populations de PWN dans le temps et dans l'espace, à différentes échelles spatiales (arbre, parcelle, paysage).