La stimulation des défenses naturelles des plantes : une alternative bio en phytoprotection ?

1. La stimulation des défenses
naturelles des plantes
Une alternative bio en
phytoprotection ?
Pierre Van Cutsem
Université de Namur, Belgique
13 janvier 2010
Montpellier
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2. Plan de l’exposé
• Réglementation européenne
• Les pesticides
• L’immunité innée chez les plantes
• Les éliciteurs
• Des résultats
• Les perspectives
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3. Les pesticides
Plusieurs millions de tonnes de substances actives
sont utilisées chaque année avec un marché mondial des
pesticides supérieur à 30 milliards de $ par an
Bakersfield California
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4. L’utilisation des pesticides
Par hectare par an :
• Japon 12 kg
• Europe 3 kg
• Etats‐Unis 2,5 kg
• En 2004, 47% des fruits, légumes et céréales consommés en
Europe contenaient des résidus de pesticides
• En France en 2004, des pesticides ont été détectés dans 96% des
stations de contrôle d’eaux de surface et 61% des stations de
mesure des eaux souterraines.
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5. Législation Européenne
• Objectifs de la Directive Européenne 91/414/UE
– Harmonisation de la réglementation sur l’utilisation des
produits de protection des plantes (PPP) en vue de
protéger la santé humaine et l’environnement
– Liste des substances autorisées sur base du danger (études
tox) et de l’exposition (application, doses,…) risque
acceptable pour les organismes non‐cibles, homme, eau,
sol)
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6. Beaucoup de substances actives ont été abandonnées
– 1000 substances actives sur le marché européen en 1993
– 418 non notifiées dans le cadre de la Directive
– Parmi les 566 restantes, 250 ont été acceptées
– 80 nouvelles se sont ajoutées
– Au total, 330 s.a. acceptées comprenant des fongicides,
herbicides, insecticides, regulateurs de croissance,
nématicides, molluscicides, rodenticides, …
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7. La nouvelle directive européenne
Remplacement de Dir 91/414/UE par une nouvelle :
– Adoptée par le parlement européen en janvier 2009
– Entrée en application début 2011
– Nouveaux critères d’évaluation exclusion de substances
sur base de leur danger et non plus de l’exposition
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8. Impact de la nouvelle directive européenne
Interdiction probable des
• triazoles (fongicides céréales )
• dithiocarmates (fongicides pommes de terre)
• pyréthrinoides (insecticides)
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9. 2007 - Grenelle de l’environnement
• Interdiction des substances potentiellement dangereuses
• Triplement de la part du Bio pour atteindre 20% en 2020
• Réduction de 50% l’utilisation de pesticides pour 2020
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10. Un défi pour l’agriculture
Moins de produits chimiques signifie aussi :
Rendements plus faibles
Émergence de pathogènes résistants
Coûts accrus
Une solution ?
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11. Les plantes se défendent elles-mêmes
En mobilisant une série de défenses :
– Production de phytoalexines, ROS, callose …
– Synthèse de protéines « Pathogenesis Related »
(PR)
– Hypersensibilité (mort cellulaire programmée)
– Résistance Systémique Acquise (SAR)
– …
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12. Le système immunitaire inné
• Chez les végétaux comme chez les animaux
• Défense immédiate contre l’infection
• Réponse générique contre les pathogènes
• Non spécifique
• Protection à court terme
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13. Dans la cellule végétale
Paroi
Membrane
plasmique
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14. L’immunité innée et les récepteurs membranaires
Les végétaux utilisent des Pattern Recognition Receptors
(PRR)
– Pour détecter la présence de pathogènes (non soi)
– Pour déclencher une réponse basale
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15. Les récepteurs membranaires détectent des ligands
Ligand
Pas de ligand
Membrane
Réponse
Boller & Felix Ann. Rev. Plant Biol. 2009
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16. Plusieurs ligands sont connus
Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMP) :
Flagelline
Lipopolysaccharides de bactéries Gram ‐
Chitine, ergostérol, transglutaminase fongique
Hepta‐β‐glucoside (oomycètes)
Facteur bactérien d’élongation EF‐Tu
Oligosaccharides végétaux (pectine …)
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17. La flagelline est un PAMP bien connu
flg22
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18. Résistance horizontale : liaison éliciteurs - récepteurs
Pathogènes :
Oomycètes
Champignons
MAMP : Microbe Associated Molecular Pattern
Bactéries DAMP : Damage Associated Molecular Pattern
Paroi
Membrane
Cytoplasme
MAMP DAMP
Récepteurs DANGER Récepteurs
Résistance horizontale 18

19. Les pathogènes dégradent la pectine
19

20. Les pathogènes dégradent la pectine
Ca2+
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21. La structure de la pectine
Pectin is a complex polymer
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22. La pectine lie le calcium
COO-
O
O
HO
HO
O 2+
OH
HO
O COO- -
+
-
O
COO- + 2+
O
HO -
HO -
OH
O Ca2+ 2+
HO
O COO-
- -
O
COO-
O 2+
HO +
HO
O - -
OH
HO 2+
O COO-
O
COO-
+
O
Egg box dimer
HO
HO
Dimère en boîte à œufs
O
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23. Les chitosans fongiques : un autre éliciteur
Ca2+
Signal
Defense
enzyme
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24. Paroi fongique
Pathogène fongique
Infection
mannoproteins mannoproteins
Chitin Chitosan
Glucan Glucan
NHAc NHAc NHAc
Chitine
neutre NHAc NHAc NHAc
NH3+ NH3+ NH3+
Chitosan polycation
polycation NH3+ NH3+ NH3+
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25. Comment interagissent oligochitosans et oligopectines ?
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26. Structure en 3D de la pectine
Vue latérale
Ions
Calcium
Angle entre chaînes Vue dessus
Braccini & Perez, 2001 26

27. Le dimère en boîte à oeufs n’est pas coplanaire
Ions
Calcium
Angle entre chaînes
Vue du dessus
Braccini & Perez, 2001 27

28. Les oligochitosans lient les faces externes des dimères
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29. Régulation transcriptionnelle de l’élicitation
Gènes surexprimés Gènes réprimés
OGA OGA
7 3
3 COS 0 COS
2 221 120
2
1 0
33
52
COS+OGA COS+OGA
93 77
Distribution des transcrits significativement régulés
(p<0.05, at least 3.0-fold expression cut-off)
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30. Tests en serres avec l’éliciteur COS - OGA
Des tests ont été effectués en serres: des feuilles, des plantules ou des
plantes ont d’abord été pulvérisées avec l’éliciteur COS – OGA et puis
inoculées :
Des vignes ont été inoculées par Plasmopara viticola (mildiou)
Erysiphe necator (oïdium)
Des plantules de pommiers par Venturia inaequalis (tavelure)
Des feuilles de pomme de terre par Phytophthora infestans (mildiou)
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31. Protection COS-OGA contre le mildiou de la vigne
INRA – Dijon
CTRL 10 ppm 20 ppm
Tests en serre 100
Plasmopara viticola 80
Inoculation 5 jours 60
après élicitation
40
20
0
Leaf 1 Leaf 2 Leaf 3
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32. Protection COS-OGA contre le mildiou – en vignoble
Chambre d’agriculture Protection - % of control
Macon 100
Test en vignoble (200 L.Ha-1) 80
60
Plasmopara viticola
40
20
0
20 ppm 40 ppm Copper
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33. Dans le futur…
• La protection des végétaux pourrait connaître une
révolution
• Des éliciteurs seront disponibles
• On sélectionnera les végétaux pour leur réponse aux
éliciteurs
⇒ Réduction des pesticides conventionnels
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34. Remerciements
• Université Namur INRA Dijon
– Juan‐Carlos Cabrera − Xavier Daire
– Pierre Cambier
– Aurélien Boland
– Raffael Buonatesta
– Annabelle Decreux
– Marc Dieu
– Patrick Frettinger
– Françoise Liners
– Johan Messiaen
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35. Merci de votre attention !
www.fytofend.com
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