Et si on vaccinait les plantes? Les agresseurs des plantes • agressions biotiques (agents pathogènes, insectes) • agressions abiotiques (facteurs environnementaux) Les plantes possèdent des moyens de défense naturels (cuticule, poils, molécules antimicrobiennes). Carole Martinez Cependant, la culture intensive et la réduction dans la rotation des cultures ont progressivement favorisé le développement des agents pathogènes et des ravageurs. Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation Nicole Benhamou Centre de recherche en horticulture www.ulaval.ca Cochenille farineuse Utilisation des pesticides Pendant de nombreuses années : seule solution pour protéger les cultures et maintenir un rendement satisfaisant. www.ulaval.ca L'agriculture durable est l'application à l'agriculture des principes du développement durable. Il s'agit donc d’assurer la production de nourriture, de bois et de fibres en respectant les limites écologique, économique et sociale qui assurent la durabilité dans le temps de cette production. Parmi ses objectifs, l’agriculture durable entend limiter l’usage des intrants de synthèse comme les pesticides chimiques afin de préserver l’environnement et la santé des consommateurs dewww.ulaval.ca fruits et légumes. 1 Mammifères Anticorps (Molécules protéiques) Système immunitaire Action indirecte (renforcement des barrières physiques) Révolution verte Plantes Répertoire “immunitaire” ” très diversifié • • • Protéines Polysaccharides Composés phénoliques Action directe (antimicrobienne) www.ulaval.ca www.ulaval.ca Vaccination Immunité végétale Ross (1961) fut le 1er à introduire ce concept suite à l’observation qu’une plante pré-inoculée par un micro-organisme non-pathogène développait une résistance efficace à l’égard d’agents pathogènes. Ce phénomène n’était pas sans processus de la « vaccination ». rappeler www.ulaval.ca On commençait donc à entrevoir la possibilité de "stimuler" le système de défense de la plante de telle sorte qu’il soit fonctionnel lors d’une véritable infection. le www.ulaval.ca 2 Lutte biologique Utilisation de produits naturels Les mécanismes de la résistance Agents antagonistes La survie d’ ’une plante est la résultante d’ ’une longue "bataille" au cours de laquelle les deux protagonistes s’ ’affrontent au moyen de différentes armes : enzymes, toxines, inhibiteurs, etc. Biotique Populations pathogènes Stimulateurs de défense naturelle des plantes (SDN) Stimuler le système immunitaire Serres de confinement Réponse plus rapide et plus efficace à l’agression www.ulaval.ca www.ulaval.ca Abiotique 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 SYNTHÈSE DES MOLÉCULES DE DÉFENSE Cellulases et pectinases 3 Noyau 1 PERCEPTION DU SIGNAL www.ulaval.ca 2 TRANSMISSION DU SIGNAL www.ulaval.ca 3 Perception du signal de stress La perception du signal de stress se fait grâce à une interaction éliciteur-récepteur membranaire ÉLICITEURS Deux grands types Éliciteurs endogènes Molécules susceptibles de déclencher une cascade d’évènements menant à l’expression des mécanismes de défense www.ulaval.ca Fragments pectiques issus de la paroi de la plante Éliciteurs exogènes Molécules produites par l’agent pathogène www.ulaval.ca Éliciteurs exogènes Agent pathogène Pectinases Éliciteurs ou SDN Fragments éliciteurs exogènes • Fragments de chitine, polymère de N-acétyl-glucosamine Composés structuraux Fragments éliciteurs endogènes PAROI DE LA PLANTE Récepteurs membranaires Messagers II Composés métaboliques Protéines de stress Hydrolases Inhibiteurs Phytoalexines www.ulaval.ca Activation du génome • Fragments de chitosane, polymère de N-glucosamine ARNm www.ulaval.ca 4 Éliciteurs exogènes Cytoplasme Paroi • Fragments de β-1,3 glucanes Algue brune, la laminaire • Des protéines et glycoprotéines produites par des champignons et des bactéries www.ulaval.ca Activation des réponses cellulaires Molécules relai Acide salicylique Ethylène Acide jasmonique Récepteur Éliciteur Dépolarisation membranaire Membrane plasmique SDN Applications agronomiques des éliciteurs Plante résistante (Gène R) Plante sensible Plante sensible Plante sensible RÉSISTANCE DURABLE ET SYSTÉMIQUE www.ulaval.ca • Produits non spécifiques/action sur différentes cultures • Activité systémique • Produits d’origine diverse Matières organiques (lipides, chitines, proteines, glucanes, vitamines, oligosaccharides, etc. Agent pathogène Agent pathogène Matières inorganiques comme les sels minéraux ou même les pesticides Microorganismes RÉSISTANCE MALADIE Pré-traitement avec un éliciteur (SDN) RÉSISTANCE www.ulaval.ca www.ulaval.ca 5 Les SDN disponibles Les SDN disponibles 1 Le premier caractérisé est le chitosane Stimulation des gènes de défense On le retrouve en abondance dans la carapace des crustacés Pas d’expression des mécanismes de défense Inoculation des racines avec F. oxysporum f.sp. radicis-lycopersici Traitement avec du chitosane seul Économie d’énergie pour la plante www.ulaval.ca www.ulaval.ca Prétraitement avec du chitosane Les produits homologués sous l’appellation SDN Produit Iodus 40/IodusTM Matière active Société, Pays Laminarine Goemar, France Chitosane Glycogenesys, États-Unis Harpine = bactérie Eden Biosciences, États-Unis Milsana Extrait de Reynoutria sacchalinensis KHB, 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 Extrait d'algues Plantin Plantin, France Elexa TM Messenger Plantalg www.ulaval.ca Iodus 40® Le Iodus 40®, homologué en 2002 a pour principe actif est la laminarine, un polymère de β-1,3-glucanes extrait de l’algue brune (Laminaria digitata). Ce produit biologique est le premier stimulant de l’immunité végétale à être mis sur le marché pour lutter contre l’oïdium, la septoriose, et le piétin-verse du blé tendre. Laboratoires Goëmar St Malo, France www.ulaval.ca Spécialisé dans l’extraction de composés à partir d’algues 6 Iodus 40® Diffusion de Iodus® 40 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 pathogènes aux produits chimiques, le Iodus 40® est considéré comme l’alternative la plus pertinente aux triazoles. www.ulaval.ca www.ulaval.ca Milsana®/ Regalia Maxx Messenger® Le Milsana® contient 5% d’un extrait de la renouée de sakhaline (Reynoutria sachalinensis F. Schmidt (Nakai). Deux composés, le émodin et le physcion, ont été identifiés dans la matière active. Ces composés sont des anthraquinones, à structure aromatique. Le Messenger® est un produit dont la matière active est une protéine bactérienne, la harpine. www.ulaval.ca www.ulaval.ca Il doit être appliqué à intervalle de 7 jours pour conserver son efficacité. 7 Les produits synthétiques éliciteurs Les produits synthétiques éliciteurs C’est en découvrant que des parcelles de vigne traitées avec le foséthyl-Al (Aliette) étaient protégées contre le mildiou que des recherches sur son mode d’action, notamment sur celui de son métabolite actif, l’acide phosphonique (ou phosphonate), ont été entreprises. L’acide phosphonique semble provoquer une carence phosphatée chez les champignons agresseurs, entraînant une augmentation de la production de substances fongiques à activité élicitrice de phytoalexines chez les plantes hôtes. Le foséthyl-Al est le tout premier produit de synthèse inducteur de résistance 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. www.ulaval.ca www.ulaval.ca Les produits synthétiques éliciteurs Les phosphates Les produits synthétiques éliciteurs L’oxycom™ Les sels de phosphate de sodium ou de potassium (commercialisés en tant que fertilisants) sont également capables d’induire une résistance systémique chez certaines plantes. • Phosphate de potassium dibasique (K2HPO3) • Phosphate de potassium tribasique (K3HPO3) www.ulaval.ca La matière active de ce produit inorganique est un mélange de formes actives de l’oxygène (probablement du peroxyde d’hydrogène), d’acide salicylique et de fertilisants. Mais Phytotoxique en cas de traitements répétés Oïdium www.ulaval.ca 8 Les produits synthétiques éliciteurs Les produits synthétiques éliciteurs Les dérivés synthétiques de l’acide salicylique Le benzo (1,2,3)thiadiazole-7-carboxylic acid) est un benzothiadiazole (BTH) relativement efficace contre la pyriculariose du riz et l'oïdium des céréales. Le BTH est commercialisé par Syngenta sous l’appellation Bion® en Europe et Actigard® aux USA. Le BTH a un effet variable, en général, plus efficace sur les monocotylédones 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 mildiou, alors qu’aucune réponse à cette maladie n’est observée chez la pomme de terre infectée par le Phytophthora infestans. www.ulaval.ca Enjeux de la vaccination des plantes agronomiques www.ulaval.ca Santé humaine Pharmacie Cosmétique Diététique Algues marines Nouveaux outils pour l’agriculture compatibles avec : Santé végétale Biostimulants - le développement durable - la sécurité alimentaire www.ulaval.ca (à base d ’algues) Vaccin des plantes www.ulaval.ca 9 Triple défi de l’agriculture mondiale Remerciements • produire plus, • M Martin Trépanier, • développer de nouvelles cultures, • M Jacques Allard, pour les magnifiques photos • produire autrement pour répondre aux attentes d’un public de plus en plus sensibilisé à sa santé et aux risques environnementaux. www.ulaval.ca www.ulaval.ca 10