Post on 03-Apr-2015
La stimulation de l’immunité innée chez les plantes. Un
exemple d’application: Iodus 40 (“Vacciplant”)
Stratégies pour la protection des Stratégies pour la protection des culturescultures
• Lutte Chimique (Agrochimie)
•Méthodes génétiques
- Sélection de cultivars résistants- Surexpression de gènes de défense
• Lutte biologique- Introduction de prédateurs naturels des insectes
ravageurs - Stimulation de l’immunité innée chez les plantes
agronomiques, par des éliciteurs (SDN, stimulateurs de défense naturelle)
• Lutte Chimique (Agrochimie)
•Méthodes génétiques
- Sélection de cultivars résistants- Surexpression de gènes de défense
• Lutte biologique- Introduction de prédateurs naturels des insectes
ravageurs - Stimulation de l’immunité innée chez les plantes
agronomiques, par des éliciteurs (SDN, stimulateurs de défense naturelle)
Les algues
Santé végétaleBiostimulants (à base d ’algues)Vaccin des plantes
Santé humaine : PharmacieCosmétiqueDiététique
Laboratoires Goëmar, Saint Malo
- Production depuis 1975, d’extraits d’algues Effets bénéfiques sur plusieurs types de plantes cultivées, dont une amélioration de la résistance à certaines maladies
Laboratoires GoëmarAvenue Général Patton35400, St Malo, France
LES OLIGOSACCHARINES
Un nouvel outil pour moduler la croissance,
le développement et la défense chez les plantes« One day it may be possible to spray specific
oligosaccharins (or analogues of oligosaccharins) on plants
(or to manipulate the genes controlling the release and metabolism of oligosaccharins) to tell plant to
flower or to form seeds and fruits or tubers,
to become resistant to a disease or an insect, to drop their fruits, to grow faster or to become
bushier.
Oligosaccharins should eventually have a significant impact
on agricultural yields. »
Peter Albersheim et Alan Darvill, Scientific American, 1985
Quelles sont les matières actives des spécialités Goëmar ?
S’agit-il d’éliciteurs oligosaccharidiques?
Réponse : les extraits contiennent de la laminarine, un éliciteur des défenses chez le tabac.
Mise au point de « Iodus 40, un « vaccin » pour le blé.
Eliciteurs Eliciteurs et relations et relations
plantes-pathogènesplantes-pathogènes
paroi cellulaire
Produits de gènes de virulence
CHAMPIGNON
noyau
oligoglucanes
signaux de défense
CELLULE DE PLANTEProduits
de gènes de défense
noyau
paroi cellulaire
glucanasesoligoglucanes
récepteur
pectinases
oligopectinesrécepteur
Transduction des signaux éliciteurs chez les plantes
Cl-K+
H+ Ca2+
Paroi cellulaire
Ré
cep
teu
r
Pathogène
Dégradation enzymatique des composants pariétaux
Eliciteur
Membrane plasmique
Cytoplasme
oxydase
H2O2O2 O2.-
Phosphorylation/ déphosphorylation
des protéines
Noyau
Activation des gènes Réponses de détoxication, défense et signalisation à distance
Peroxydase
H2O
Phospho- lipases
acide linolénique
acide jasmonique
methyl- jasmonate
Durcissement
Lipoxygénases
OH
COOH
Acide salicylique
COO-
O
Acide jasmonique
CH2=CH2
Ethylène
Signaux végétaux :
Principales réponses de défense
chez les plantes. Production d’antibiotiques (phytoalexines)
. Expression de peptides ou protéines de défense
. Renforcement des parois cellulaires et des structures tissulaires
. Synthèse de messagers d’alerte à distance
. Eventuellement, sacrifice des cellules autour du point d’infection (réaction d’Hypersensitive Response)
. Défenses tous azimuts, non ciblées
Protéines PR (Pathogenesis-Related) de tabac
P Q
TIMPbTIMPa
gluc. b.
1a 1b 1c
Q'
P39a P40a
2 N O
R Sosm
1g1
3
2
Famille
9
ß-1,3-glucanase
peroxidase (lignification)
LocalisationMembres
antifongique
chitinase-lysozymechitinase
ext
ext
ext
lysozyme-chitinaseext
6 inhibiteur de proteasesmicrobiennes
ext
non-classees -amylaseext
int
int
5 antifongiqueextint
chitinase-lysozymeint
4?ext
CBP20 chitinase-lysozymeint
8
11
PM (kDa)
15 - 15,517
35 - 3733
27 - 2828 - 34
13 - 14,5202422
8
28
39 - 40
44
45Pzamyl 1amyl 2
s1, s2 r1, r2
int
Activite biologique
lys 1b lys 2b
chi 28 chi 34
lys 28a
chi 32
Système immunitaire chez les animaux Système immunitaire chez les animaux (à partir des chondrichtyens).(à partir des chondrichtyens).
Immunité naturelle (innée, non spécifique)
- macrophages- système du complément
Immunité acquise (spécifique, anticorps)
- lymphocytes B- lymphocytes T
Immunité naturelle (innée, non spécifique)
- macrophages- système du complément
Immunité acquise (spécifique, anticorps)
- lymphocytes B- lymphocytes T
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
H
O
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
O
H
C
H
2
O
H
ß-1,3 -1,6 glucanes
O
O
H
N
H
3
+
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
3
+
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
3
+
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
3
+
C
H
2
O
H
Oligomères de chitosan
O
O
H
N
H
C
O
C
H
3
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
C
O
C
H
3
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
C
O
C
H
3
C
H
2
O
H
O
O
H
N
H
C
O
C
H
3
C
H
2
O
H
Oligomères de chitine
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
COOH COOH COOH COOH
Oligogalacturonides
Principaux oligosaccharides stimulateurs de réponses de défense
-OligoAlginates :
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
C
O
O
H
C
O
O
H
D-mannuronate L-guluronate
- Laminarine :
ß-1,3 glucane
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
O
O
H
C
H
2
O
H
Oligosaccharides d’algues brunes :
Oligogalacturonates (plantes)
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
COOH COOH
Oligosaccharides de plantes ou d’agents microbiens :
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
H
O
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
C
H
2
O
H
O
O
H
O
H
O
H
C
H
2
O
H
ß-1,3 -1,6 glucanes (champignons)
oligoGalLaminarine
La Laminarine entraîne l’accumulation de protéines anti-microbiennes PR chez
le tabac(immunodétection/Western-blot)
eau
PR-3
PR-5
PR-1
PR-2
Famille de protéines PR
antifungal
ß-1,3-glucanases
chitinases
thaumatin-like
Après 48h de traitement avec les
différents oligosaccharides
Fonctions biologiques
OMe
OH
O
OSO3
HO-
OMe
O
O
OSO3
HO-
OMe
O
OH
OSO3
HO-
OMe
OH
O
OSO3
O-
OMe
OH
O
OSO3
HO-
OMe
O
O
OSO3
HO-
OMe
O
O
OSO3
HO-
OMe
OH
O
OSO3
O-
OMe
OH
O
OSO3
O-
OMe
O
OH
OSO3
HO-
-1,3
-1,4
-1,3
-1,3
-1,4
-1,3
-1,3
-1,4
Structure des fucanes sulfatés des algues brunes: liaisons α-1,4 et α-1,3
Autres molécules potentiellement élicitrices obtenues à partir des algues brunes
5 jours
Infiltration d’éliciteur (test) ou
d’eau (contrôle)
innoculation TMV (virus
de la mosaïque du
tabac)
6 jours
Evaluation du niveau
de résistance
Klarzynski O, Descamps V, Plesse B, Yvin JC, Kloareg B, Fritig B. (2003) Sulfated fucan oligosaccharides elicit defense responses in tobacco and local and systemic resistance against tobacco mosaic virus. Mol. Plant Microbe Interact. 16, 115-122.
Plante traitée avec de l’eau
Plante traitée avec des oligofucanes
Résistance
Evènementsprécoces
de signalisation
Activation de voies
métaboliques
Signauxvégétaux
Eléments anti-microbiens
Alcalinisation extracellulaire
SA
LOX
PAL
PR
Scopolétine
Mort cellulaire
H2O2
Phosphorylationprotéines
Alginates Carraghénanes
+ +
+ +
+ +
- -
-
--
-
-
-
--
-
-
Laminarine Fucanes
++
+
+++
+
++
+++++
++
-
++
+
++
+
+
++
+
-
++++++ndnd
Klarzynski et al., (2000). Plant Physiol. 124, 1027-1037Klarzynski et al., (2003). Mol. Plant-Microbe Interact. 16, 115-122
Synthèse des résultats obtenus avec le modèle tabac (IBMP, Strasbourg)
Enjeux des recherches sur la « vaccination » (=
immunostimulation) des plantes agronomiques
• Nouveaux outils pour l’agriculture• Compatibles avec :
le développement durable
la sécurité alimentaire
Mise au point d’oligosaccharines pour la Mise au point d’oligosaccharines pour la protection des cultures (UMR 1931)protection des cultures (UMR 1931)
• Maîtrise de la production d’éliciteurs oligosaccharidiques :
- Ressources- Outils biotechnologiques- Procédés analytiques et technologiques
• Recherche d’éliciteurs et étude de leur mode d’action :
- Nouvelles matières actives- Mode d’action sur plantes modèles- validation sur plantes agronomiques
• Développement des éliciteurs pour la protection des cultures :
- Optimisation de la matière active- Formulation- Positionnement agronomique- Homologation
• Maîtrise de la production d’éliciteurs oligosaccharidiques :
- Ressources- Outils biotechnologiques- Procédés analytiques et technologiques
• Recherche d’éliciteurs et étude de leur mode d’action :
- Nouvelles matières actives- Mode d’action sur plantes modèles- validation sur plantes agronomiques
• Développement des éliciteurs pour la protection des cultures :
- Optimisation de la matière active- Formulation- Positionnement agronomique- Homologation
Système Blé/ Mycosphaerella graminicola
SemisStade 2 feuilles : pulvérisation des
produits10-12 j
Inoculation du champignon
25- 28 j
Symptômes
Témoin :
Induction résistance avec Phyliq 200 mg/L (composition= 37 g/l de laminarine) :
- Tests de protection contre la septoriose du blé :
Réduction de la taille des nécroses par rapport au témoin
0
20
40
60
80
100
Phyliq Phyliq
Non formulé
Biotests s’effectuant en chambre à atmosphère contrôlée dans les locaux loués à BBV à St Pol de Léon
Importance de la formulation (pour amplifier/faciliter l’action de la matière active)
Bilan UMR CNRS-Goëmar (1999-2004)
• 5 familles d’oligosaccharides sont produites en routine à l’échelle pilote
• 6 nouvelles familles sont produites à l’échelle du laboratoire
• Très forte complémentarité entre l’activité de production d’oligosaccharides et la recherche sur la structure fine des oligosaccharides et les enzymes de dépolymérisation.
Iodus 40 : Résultats Agronomiques
et Développement
GL32 DANS LES PROGRAMMES DE PROTECTION DU BLE
LE RÉSEAU D’EXPÉRIMENTATION :
PHASE ÉVALUATION PRODUIT :
82 ESSAIS GOËMAR EN 1998 ET 99; étude de la dose, du stade et de la cadence d’application du produit
PHASE D’INTRODUCTION DE GL32 DANS LES PROGRAMMES DE PROTECTION :
162 ESSAIS EN 2000 ET 2001;
- 62 ESSAIS GOËMAR
- 93 ESSAIS EN DISTRIBUTION
- 7 ESSAIS ITCF
Iodus 40®,
Premier stimulateur des défenses du blé
Mise sur le marché : printemps 2003
Matière active = LAMINARINE (oligosaccharide de Laminaria digitata)
Diffusion deDiffusion de Iodus Iodus®® 40 40
Découverte : les oligosaccharides ont un effet éliciteur des défenses naturelles chez les plantes.
Invention : utiliser ces produits pour protéger les plantes (peut donner lieu à un brevet)
Innovation : le produit formulé, homologué, disponible sur le marché
Pour conclure: Algues brunes et laminarine illustrent…
Immunostimulation et protection des Immunostimulation et protection des cultures: marges de progression.cultures: marges de progression.
• Identifier de nouveaux éliciteurs oligosaccharidiques
• Identifier d’autres types d’éliciteurs
• Combiner différents types d’éliciteurs
• Améliorer la biodisponibilité de l’éliciteur
• Etc …
• Identifier de nouveaux éliciteurs oligosaccharidiques
• Identifier d’autres types d’éliciteurs
• Combiner différents types d’éliciteurs
• Améliorer la biodisponibilité de l’éliciteur
• Etc …