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La stimulation des défenses naturelles des plantes

Une alternative bio en phytoprotection ?

Pierre Van CutsemUniversité

de Namur, Belgique

13 janvier 2010Montpellier

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Plan de l’exposé

• Réglementation européenne

• Les pesticides

• L’immunité

innée chez les plantes

• Les éliciteurs

• Des résultats 

• Les perspectives

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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

Les pesticides

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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.

L’utilisation des pesticides

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• 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)

Législation Européenne

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– 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, …

Beaucoup de substances actives ont été

abandonnées

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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

La nouvelle directive européenne

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Interdiction probable des 

• triazoles

(fongicides céréales )

• dithiocarmates

(fongicides pommes de terre) 

• pyréthrinoides

(insecticides)

Impact de la nouvelle directive européenne

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• 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

2007 -

Grenelle de l’environnement

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Moins de produits chimiques signifie aussi :

Rendements plus faibles

Émergence de pathogènes résistants 

Coûts accrus

Une solution ?

Un défi pour l’agriculture

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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)

– …

Les plantes se défendent elles-mêmes

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• Chez les végétaux comme chez les animaux

• Défense immédiate contre l’infection 

• Réponse générique contre les pathogènes 

• Non spécifique

• Protection à court terme 

Le système immunitaire inné

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Dans la cellule végétale

Paroi

Membraneplasmique

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Les végétaux utilisent des Pattern Recognition Receptors (PRR)

– Pour détecter la présence de pathogènes (non soi)

– Pour déclencher une réponse basale 

L’immunité

innée et les récepteurs membranaires

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Pas de ligand

Ligand

Réponse

Les récepteurs membranaires détectent des ligands

Membrane

Boller & Felix Ann. Rev. Plant Biol. 2009

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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 …)

Plusieurs

ligands

sont

connus

17

flg22

La flagelline

est un PAMP bien connu

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Oomycètes

Champignons

Bactéries

MAMP : Microbe Associated Molecular Pattern

DAMP : Damage Associated Molecular Pattern

MAMPRécepteurs

DAMPRécepteursDANGER

Résistance horizontale

Résistance horizontale : liaison éliciteurs -

récepteurs

Pathogènes :

Paroi

Membrane

Cytoplasme

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Les pathogènes dégradent la pectine

20

Les pathogènes dégradent la pectine

Ca2+

21

Pectin is a complex polymer

La structure de la pectine

22

La pectine

lie le calcium

COO-

COO-

OO

COO-HO

HO OOH

HO OO

OHO

HO OOH

HO OO

OHO

HO OOH

HO O

OO

HOHO O

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

Ca2+

+

+

+

+2+

2+

2+

2+

2+

Egg

box dimerDimère en boîte à

œufs

-

-

-

-

-

-

-

-

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Les chitosans

fongiques

: un autre

éliciteur

Ca2+

Defenseenzyme

Signal

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Pathogène fongique

polycationNH3

+NH3+ NH3

+

NH3+NH3

+NH3+

NHAcNHAc

NHAc

NHAc

NHAc NHAc

Chitine

Chitosan

mannoproteins

Glucan

Chitin

mannoproteins

Chitosan

Glucan

polycation

Paroi fongiqueInfection

neutre

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Comment interagissent

oligochitosans

et oligopectines

?

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Structure en 3D de la pectine

IonsCalcium

Vue dessus

Vue latérale

Angle entre chaînes

Braccini & Perez, 2001

27

Le dimère

en boîte

à

oeufs

n’est

pas coplanaire

Braccini & Perez, 2001

Vue du dessus

IonsCalcium

Angle entre chaînes

28

Les oligochitosans

lient

les faces externes

des dimères

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Distribution des transcrits significativement régulés(p<0.05, at least 3.0-fold expression cut-off)

Gènes réprimés

COS+OGA

52

OGA

120

0

COS+OGA

33

OGA

3

Gènes surexprimés

COS7

221

93

21

COS3

77

20

Régulation transcriptionnelle

de l’élicitation

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Tests en serres avec l’éliciteur COS -

OGA

Des tests ont été effectués en serres: des feuilles, des plantules ou desplantes ont d’abord été pulvérisées avec l’éliciteur COS – OGA et puisinoculées :

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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Protection COS-OGA contre

le mildiou

de la vigne

INRA –

Dijon

Tests en serre

Plasmopara viticola

Inoculation 5 joursaprès élicitation

0

20

40

60

80

100

Leaf 1 Leaf 2 Leaf 3

CTRL 10 ppm 20 ppm

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Protection - % of control

0

20

40

60

80

100

20 ppm 40 ppm Copper

Protection COS-OGA contre

le mildiou

–

en vignoble

Chambre d’agriculture

Macon

Test en vignoble (200 L.Ha-1)

Plasmopara viticola

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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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Remerciements

• Université

Namur– Juan‐Carlos

Cabrera

– Pierre Cambier

– Aurélien Boland– Raffael

Buonatesta

– Annabelle Decreux– Marc Dieu

– Patrick Frettinger– Françoise Liners– Johan Messiaen

INRA Dijon − Xavier Daire

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Merci de votre attention !

www.fytofend.com

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