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La stimulation des défenses naturelles des plantes : une alternative bio en phytoprotection ?
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1
La stimulation des défenses naturelles des plantes
Une alternative bio en phytoprotection ?
Pierre Van CutsemUniversité
de Namur, Belgique
13 janvier 2010Montpellier
2
Plan de l’exposé
• Réglementation européenne
• Les pesticides
• L’immunité
innée chez les plantes
• Les éliciteurs
• Des résultats
• Les perspectives
3
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
4
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
5
• 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
6
– 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
7
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
8
Interdiction probable des
• triazoles
(fongicides céréales )
• dithiocarmates
(fongicides pommes de terre)
• pyréthrinoides
(insecticides)
Impact de la nouvelle directive européenne
9
• 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
10
Moins de produits chimiques signifie aussi :
Rendements plus faibles
Émergence de pathogènes résistants
Coûts accrus
Une solution ?
Un défi pour l’agriculture
11
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
12
• 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
13
Dans la cellule végétale
Paroi
Membraneplasmique
14
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
15
Pas de ligand
Ligand
Réponse
Les récepteurs membranaires détectent des ligands
Membrane
Boller & Felix Ann. Rev. Plant Biol. 2009
16
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
18
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
19
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
-
-
-
-
-
-
-
-
23
Les chitosans
fongiques
: un autre
éliciteur
Ca2+
Defenseenzyme
Signal
24
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
25
Comment interagissent
oligochitosans
et oligopectines
?
26
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
29
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
30
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)
31
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
32
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
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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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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