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Et si on vaccinait les plantes?Et si on vaccinait les plantes?

Carole Martinez

Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation

Nicole Benhamou

Centre de recherche en horticulture

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Les agresseurs des plantes

Les plantes possèdent des moyens de défense naturels (cutic ule, poils,molécules antimicrobiennes).

• agressions biotiques (agents pathogènes, insectes)• agressions abiotiques (facteurs environnementaux)

Cependant, la culture intensive et la réduction dans la rota tiondes cultures ont progressivement favorisé le développemen tdes agents pathogènes et des ravageurs.

Cochenille farineuse

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Pendant de nombreuses années : seule solution pourprotéger les cultures et maintenir un rendement satisfaisa nt.

Utilisation des pesticides

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Il s'agit donc d’assurer la productionde nourriture, de bois et de fibres enrespectant les limites écologique,économique et sociale qui assurent ladurabilité dans le temps de cetteproduction.

Parmi ses objectifs, l’agriculturedurable entend limiter l’usage desintrants de synthèse comme lespesticides chimiques afin de préserverl’environnement et la santé desconsommateurs de fruits et légumes.

L'agriculture durable est l'application à l'agriculture desprincipes du développement durable.

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Révolutionverte

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• Protéines• Polysaccharides• Composés

phénoliques

Action indirecte(renforcement des

barrières physiques)

Action directe (antimicrobienne)

MammifèresSystème

immunitaire

Anticorps(Molécules protéiques )

PlantesRépertoire““““immunitaire ””””très diversifié

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Ross (1961) fut le 1 er à introduire ce concept suite àl’observation qu’une plante pré-inoculée par unmicro-organisme non-pathogène développait unerésistance efficace à l’égard d’agents pathogènes.

Ce phénomène n’était pas sans rappeler leprocessus de la « vaccination ».

Immunité végétale

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On commençait donc à entrevoir lapossibilité de "stimuler" le système dedéfense de la plante de telle sorte qu’il soitfonctionnel lors d’une véritable infection.

Vaccination

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Serres de confinement

Lutte biologique

Agents antagonistes

Populations pathogènes

Utilisation de produitsnaturels

Stimulateurs de défensenaturelle des plantes (SDN)

Stimuler le systèmeimmunitaire

Réponse plus rapide et plus efficace à l’agression

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Les mécan isme s de la résistance

La survie d ’’’’une plante est la résultante d ’’’’une longue"bataille" au cours de laquelle les deux protagonistess’’’’affrontent au moyen de différentes armes : enzymes,toxines, inhibiteurs, etc.

Abiotique

Biotique

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Résistance active

Le scénario s’exprime selon la séquence suivante

� Perception d’un signal de stress� Transmission du signal de stress :

Signalisation� Réactions au signal de stress

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Noyau

Cellulases et pectinases

PERCEPTION DU SIGNAL

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TRANSMISSION DU SIGNAL2

SYNTHÈSE DESMOLÉCULES DE

DÉFENSE

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Perception du signal de stress

La perception du signal de stress se fait grâce à une interaction éliciteur-récepteur membranaire

ÉLICITEURS

Molécules susceptibles de déclencher une cascade d’évènements menant à

l’expression des mécanismes de défense

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Éliciteurs ou SDN

Deux grands types

Éliciteurs endogènes Éliciteurs exogènes

Fragments pectiques issusde la paroi de la plante

Molécules produites parl’agent pathogène

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Agentpathogène

Agentpathogène

Messagers IIMessagers II

Fragmentséliciteursendogènes

Activationdu génomeActivationdu génome

ARNm� Protéines de stress� Hydrolases� Inhibiteurs� Phytoalexines

Composés métaboliques

Composés métaboliques

Composés structurauxComposés structuraux

PAROI DE LAPLANTE

PAROI DE LAPLANTE

PectinasesPectinases

Récepteursmembranaires

Fragmentséliciteursexogènes

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Éliciteurs exogènes

• Fragments de chitine, polymère de N-acétyl-glucosam ine

• Fragments de chitosane, polymère de N-glucosamine

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• Fragments de β-1,3 glucanes

Algue brune,la laminaire

• Des protéines et glycoprotéines produites par deschampignons et des bactéries

Éliciteurs exogènes

www.ulaval.caÉliciteur

Acide salicyliqueEthylèneAcide jasmonique

Dépolarisation membranaire

RÉSISTANCEDURABLE ETSYSTÉMIQUE

CytoplasmeParoi

Récepteur

Molécules relai

Membrane plasmique

Activation des

réponses cellulaires

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Plante résistante(Gène R)

Plante sensible

Agent pathogène

RÉSISTANCE MALADIE

Plante sensible

Pré-traitement avec un éliciteur (SDN)

Plante sensible

RÉSISTANCE

Agent pathogène

Applications agronomiques des éliciteurs

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• Produits non spécifiques/action sur différentes cultures

• Activité systémique

• Produits d’origine diverse

� Matières organiques (lipides, chitines, proteines, gluca nes,vitamines, oligosaccharides, etc.

� Matières inorganiques comme les sels minéraux ou même lespesticides

� Microorganismes

SDN

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Les SDN disponibles

Le premier caractérisé est le chitosane

On le retrouve en abondance dans la carapace des cr ustacés

Prétraitement avec du chitosane

Inoculation des racines avec F. oxysporumf.sp. radicis-lycopersici

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Traitement avecdu chitosane seul

Pas d’expression des mécanismes de défense

Stimulation des gènes dedéfense

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Économie d’énergie pourla plante

Les SDN disponibles

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Les produits homologués sous l’appellationSDN

Produit Matière active Société, Pays

Iodus 40/IodusTM Laminarine Goemar, France

ElexaTM Chitosane Glycogenesys, États-Unis

Messenger Harpine = bactérie Eden Biosciences, États-Unis

MilsanaExtrait de Reynoutria

sacchalinensisKHB, États-Unis, Allemagne

Sil-Matrix Silicate de potassium PQ Corporation, États-Unis

Bion 50 Acibenzola-S-Méthyl Syngenta, Europe

FEN 560 Extrait de fenu-grec Agrow, Europe

Plantalg Extrait d'algues Plantin Plantin, France

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Iodus 40 ®

Le Iodus 40 ®, homologué en 2002 a pour principe actif est lalaminarine, un polymère de β-1,3-glucanes extrait de l’algue brune(Laminaria digitata ).

Ce produit biologique est le premier stimulant de l’immunitévégétale à être mis sur le marché pour lutter contre l’oïdium, laseptoriose, et le piétin-verse du blé tendre.

Spécialisé dans l’extraction de composés à partir d’algues

Laboratoires GoëmarSt Malo, France

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Le Iodus 40 ® est un concentré soluble, appliqué au stade « épi-1cm »à raison de 1 litre/hectare et protège le blé pendant 40 jours ,réduisant ainsi l’utilisation massive de fongicides.

Devant la généralisation de la résistance des agents pathog ènes auxproduits chimiques, le Iodus 40 ® est considéré comme l’alternative laplus pertinente aux triazoles.

Iodus 40 ®

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Diffusion de Iodus ® 40

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Messenger ®

Le Messenger® est un produit dont la matière active est une protéine

bactérienne, la harpine.

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Le Milsana ® contient 5% d’un extraitde la renouée de sakhaline ( Reynoutriasachalinensis F. Schmidt (Nakai).Deux composés, le émodin et lephyscion, ont été identifiés dans lamatière active.Ces composés sont desanthraquinones, à structurearomatique.

Milsana ®/ Regalia Maxx

Il doit être appliqué à intervalle de 7jours pour conserver son efficacité.

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Les produits synthétiques éliciteurs

C’est en découvrant que des parcelles de vigne traitées avec lefoséthyl-Al (Aliette) étaient protégées contre le mildiou que desrecherches sur son mode d’action, notamment sur celui de sonmétabolite actif, l’acide phosphonique (ou phosphonate), ont étéentreprises.

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Les produits synthétiques éliciteurs

L’acide phosphonique semble provoquer une carence phospha téechez les champignons agresseurs, entraînant une augmentat ion dela production de substances fongiques à activité élicitrice dephytoalexines chez les plantes hôtes.

Le foséthyl-Al est le tout premier produit de synthèse induc teur derésistance à être apparu sur le marché.Il représente 30% des parts du marché des anti-mildiou vigne .

Il est toujours associé à d’autres fongicides pour compléter son efficacité.

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Les phosphatesLes sels de phosphate de sodium ou de potassium(commercialisés en tant que fertilisants) sont égalementcapables d’induire une résistance systémique chez certain esplantes.

• Phosphate de potassium dibasique (K 2HPO3)• Phosphate de potassium tribasique (K 3HPO3)

Oïdium

Les produits synthétiques éliciteurs

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L’oxycom ™

La matière active de ce produit inorganique est un mélange deformes actives de l’oxygène (probablement du peroxyded’hydrogène), d’acide salicylique et de fertilisants.

Mais Phytotoxique en cas de traitements répétés

Les produits synthétiques éliciteurs

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Les dérivés synthétiques de l’acide salicyliqueLe benzo (1,2,3)thiadiazole-7-carboxylic acid) est un ben zothiadiazole(BTH) relativement efficace contre la pyriculariose du riz et l'o ïdiumdes céréales.Le BTH est commercialisé par Syngenta sous l’appellation Bion ® enEurope et Actigard ® aux USA.

Les produits synthétiques éliciteurs

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Le BTH a un effet variable, en général, plus efficace sur lesmonocotylédones que sur les dicotylédones.

Les données compilées illustrent la notion de spécificité à la culture.

Par exemple, le BTH induit chez la tomate une résistance au mi ldiou,alors qu’aucune réponse à cette maladie n’est observée chez lapomme de terre infectée par le Phytophthora infestans .

Les produits synthétiques éliciteurs

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- le développement durable- la sécurité alimentaire- le développement durable- la sécurité alimentaire

Enjeux de la vaccination des plantes agronomiques

Nouveaux outils pour l’agriculture compatibles avec :

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Santé végétaleBiostimulants

(à base d ’algues)Vaccin des plantes

Santé humaine Pharmacie

CosmétiqueDiététique

Alguesmarines

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• produire plus,

• développer de nouvelles cultures,

• produire autrement pour répondre aux attentes d’unpublic de plus en plus sensibilisé à sa santé et auxrisques environnementaux.

Triple défi de l’agriculture mondiale

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Remerciements

• M Martin Trépanier,

• M Jacques Allard, pour les magnifiques photos