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 …