Allocation de Recherche Doctorale pour site EdNBISEx

A LLOCATION DE R ECHERCHE D OCTORALE
F INANCEE PAR LA R EGION H AUTE -N ORMANDIE
Unité de recherche d’accueil EA 4358 Glyco-MEV, Université de Rouen
Sujet de thèse Défense naturelle des plantes: Recherche de nouvelles
substances élicitrices des défenses naturelles (SDN) et
caractérisation des réponses moléculaires.
Contacts Jean Claude Mollet, [e-mail]
Les plantes de grandes cultures sont soumises à de nombreux stress biotiques (insectes,
nématodes, mollusques, bactéries, champignons, oomycètes, …) et la mise en compétition avec de
multiples plantes adventices. L’impact sur la production et/ou la valeur ajoutée du produit peut
s’avérer dramatique, ce qui implique inéluctablement des apports de pesticides et/ou herbicides.
Dans l’objectif de réduire les intrants chimiques, la connaissance du fonctionnement de lacellule
végétale et des interactions avec les microorganismes sont indispensables pour mieux appréhender
les stratégies de bioprotection de la plante. Ainsi, un moyen de réduire l’apport des pesticides est, en
anticipant les attaques, de préparer la plante à mettre en place ses propres mécanismes de défense
comme on le ferait en vaccinant. Cette étape peut être réalisée par l’ajout exogène de substances de
défenses naturelles (SDN) ou éliciteurs capables d’induire les défenses des plantes sans modifier
leurs valeurs commerciales (réduction des rendements, de la qualité des produits isolés…).
Ce projet de thèse en relation avec l’axe thématique 2 du GRR VASI : Nouvelles stratégies de lutte
biologique dérivant du projet ALTERAGRO entre dans ce contexte et vise à caractériser de nouvelles
SDN capables d’induire une meilleure résistance des plantes en utilisant des molécules d'origine
naturelle (comme les produits homologués iodus40 ou stilfénia) et ainsi de proposer une alternative
aux pesticides actuels. Un criblage à haut débit par lecteur de plaques à fluorescence (PRIMACEN)
de chimiothèques (2500 composés), a été réalisé sur une suspension cellulaire et consistait à mettre
en évidence suite à l’élicitation une induction des formes réactives de l’oxygène (FRO), impliquées
dans les premières étapes de réactions de défenses. 17 composés ont été retenus car (1) ils étaient
capables d’induire une plus forte production de FRO que des éliciteurs connus (laminarine,
peptidoglycan, stifénia et chitosan) et (2) n’affectaient pas la viabilité cellulaire (Zahid et al., non
publié). Les travaux seront réalisés principalement sur la plante modèle Arabidopsis thaliana dont le
génome a été
séquencé (disposant d’une ressource bioinformatique et de banques de plantes mutantes
considérables), et appartenant à la même famille qu'une plante de grande culture régionale: le colza
ou le chou. Des essais seront tout de même réalisés sur des plantes d'intérêt agronomique (lin en
particulier). 1. Etude macroscopique des effets des SDN sur le phénotype des plantules Les
molécules candidates seront éprouvées sur des plantules d'Arabidopsis en croissance. Les effets
doses-réponses,
cinétiques et réversibles de ces composés seront ensuite étudiés d'une part sur l'aspect qualitatif et
quantitatif de la croissance et du développement (système racinaire et aérien) par rapport aux plantes
non élicitées. Certaines observations fines seront réalisées par microscopie électronique à balayage
(Plateau technique GRR VASI). L'innocuité des molécules sera aussi testée sur les cellules
contenant les cellules spermatiques mâles, les tubes polliniques, afin de s'assurer que celles-ci ne
provoqueront pas des perturbations dans les mécanismes de reproduction sexuée et une éventuelle
diminution dans la production des graines. 2. Etude microscopique des inductions moléculaires après
élicitation
La paroi étant la première zone de contact, la perception de ces molécules élicitrices démarrent dans
ce compartiment extracellulaire. Après production de ROS et transduction du signal, la synthèse de
nouvelles molécules est induite et certaines s'intègrent dans le réseau pariétal existant afin soit de le
renforcer (callose, extensine, lignine), soit de ralentir la progression du microorganisme grâce à leurs
propriétés antimicrobiennes (protéines PR pour « pathogenesis related proteins » comme les
peptides de type défensines, lipid transfer proteins, ou enzymes de type glucanases ou des enzymes
comme la phénylalanine ammonia-lyase impliquée dans la synthèse des lignines). Dans un premier
temps, une détection des marqueurs de défense induits par l’élicitation sera entreprise. Elle
consistera tout d’abord à déterminer sur les SDN retenus si des FRO sont induites sur les plantules

ainsi que les composés pariétaux comme la callose, la lignine et les extensines. Ces différentes
phases de cette étude seront appréhendées par des approches cytochimiques ou immuno
cytochimiques en microscopie confocale à balayage laser (PRMACEN). Les SDN capables d’induire
ces composés seront sélectionnés. Une étude plus fine par microscopie électronique à transmission
(PRIMACEN) permettra d’étudier à l’échelle sub-cellulaire la répartition de ces composés. Sur ces
SDN sélectionnés, des analyses du profil protéique seront effectuées par électrophorèse
bidimentionelle et les spots seront analysés par protéomique afin de déterminer si l'élicitation a induit
la production des protéines PR (pathogenesis related proteins) (plate-forme de Protéomique de
l'IRIB). Une étude sur les différents organes permettra finalement de déterminer si la réponse de la
plante est locale ou systémique. 3. Déterminer l’impact des SDN sur l’amélioration de la résistance
des plantes.
En collaboration avec les partenaires du GRR VASI (Biosol de l'ESITPA et LMSM de l'Université de
Rouen), les SDN seront testées sur différents pathosystèmes comme Aphanomyces euteiches
(Oomycètes)/ pois protéagineux, deux champignons Fusarium oxysporum / Arabidopsis thaliana et
Verticillium dahliae / lin et sur des bactéries pathogènes de la pomme de terre. L’objectif sera de
déterminer si la progression et la colonisation du pathogène sur la plante préalablement traitée avec
une SDN sont réduites par rapport aux plantes témoins.

A LLOCATION DE R ECHERCHE D OCTORALE
F INANCEE PAR LA R EGION H AUTE -N ORMANDIE
Unité de recherche d’accueil Agri TERR ESITPA
EA 4358 Glyco-MEV, Université de Rouen
Sujet de thèse Rôle des arabinogalactanes protéines dans la protection des
plantes : de leur identification à leur application in situ
Contacts
Karine Laval, [email protected]r
Azeddine Driouich, [e-mail]
Les cultures de pois, de lin et de colza sont reconnues en Haute Normandie pour présenter un intérêt
agronomique et économique régional considérable. Toutefois, le rendement de ces cultures et la
qualité de leurs produits se trouvent fortement affectés par des maladies occasionées par des
pathogènes du sol et pour lesquels il n'existe aucun moyen de lutte efficace. Ainsi, les trois
pathosystèmes concernés par ce projet sont: Pois (Pisum sativum) / Aphanomyces euteiches ; Lin
(Linum usitatissimum) / Verticilium dahliae ; colza (Brassica napus) / Sclerotinia sclerotirum. Il est
essentiel de développer pour ces cultures régionales des méthodes alternatives de lutte basées sur i)
une meilleure compréhension du potentiel infectieux du sol et ii) des mécanismes cellulaires et
moléculaires régissant l’interaction et la réponse des plantes aux pathogènes. Les travaux
précédemment réalisés dans le cadre du projet Alteragro ont permis de montrer un effet des
arabinogalactane-protéines (AGP) issus des cellules bordantes de pois sur le cycle infectieux d’A.
euteiches (Brevet Européen*) . Il faut noter que les AGP extraits du colza ne présentent pas les
mêmes propriétés sur le développement d’A. euteiches que ceux provenant du pois, suggérant ainsi
une spécificité des AGP pour un pathosystème donné. Afin d’appréhender les effets des AGP dans le
cadre des trois pathosystèmes sélectionnés, nous proposons un travail en deux phases
expérimentales, la première in vitro, la seconde in situ.
Nous chercherons à déterminer in vitro: 1. L’effet des pathogènes sur les cellules bordantes de la
racine : Existe-t-il un effet des pathogènes sur les cellules bordantes et plus particulièrement sur la
peoduction des AGP dans les trois cas étudiés ? Cet effet se traduit-il uniquement par une
augmentation du nombre de cellules bordantes et/ou est-il lié à une induction de la synthèse des AGP
?
2. L’effet des AGP sur les pathogènes : Existe-t-il un effet des AGP sur le développement des
pathogènes dans les trois cas : Est-il possible d’établir une corrélation entre la composition des AGP,
la plante, et le pathogène qui lui est associé? Existe-t-il un seuil minimal d’AGP permettant le contrôle
du pathogène ?
Afin d’appréhender ces effets dans les trois pathosystèmes étudiés nous proposons d’effectuer in vitro
des tests par couple et des tests croisés visant à analyser l’impact d’un apport en AGP issus d’extraits
racinaires de pois, de colza et de lin sur la viabilité et le développement des agents pathogènes A.
euteiches, V.dahliae et S. sclerotinum. Des gradients de concentration d’AGP issus de racine de pois,
de colza et de lin seront testés sur les trois pathogènes sélectionnés. En outre, pour chacune des
espèces végétales, les AGP seront extraits de plantes sensibles et de plantes partiellement
résistantes à l’agent infectieux. Des contrôles faisant appel à des molécules voisines (AGP d’autres
plantes, pectine, gomme arabique,...) seront étudiés en parallèle. Les résultats obtenus in vitro
permettront de sélectionner les molécules les plus prometteuses et de les tester dans le sol sur les
pathogènes et les pathosystèmes. Parallèlement des approches moléculaires pour la quantification
des pathogènes seront validées. Nous chercherons à tester in situ 1. L’évolution des pathogènes dans
le sol en terme de croissance et d’état physiologique ; Cette évolution sera réalisée en cinétique reliée
avec les symptômes de la maladie observés sur la plante. L’impact du cortège microbien sur le
développement du pathogène.
2. Le devenir des AGP dans le sol et les quantités susceptibles d’induire un effet sur le
développement du pathogène. Ce questionnement se fera en lien avec une étude en cours « Projet
de Maturation SANTéPLANT » financé par l’agence de l’innovation en région Haute Normandie,
réalisée par le Dr. Marc Antoine Cannesan dans le cadre du pathosystème pois/ Aphanomyces

euteiches (responsable. Pr. A. Driouich). Ces travaux seront réalisés en conditions contrôlées grâce à
l’utilisation d’écosystèmes miniaturisés. La construction de serres expérimentales dés fin 2013 devrait
faciliter ces approches
Ces travaux sont particulièrement importants pour identifier des molécules existant en grande
quantité, faciles à produire et qui pourraient être commercialisées en tant que biopesticides. Ce travail
trouvera son aboutissement au travers d’expérimentations réalisées au champ, soit en micro-parcelles
expérimentales, soit par l’analyse de sols infestés (suivi des pathogènes au cours de la rotation).
*Cannesan MA, Vicré-Gibouin M, Gangneux C, Lerouge P, Laval K, Driouich A. Arabinogalactan
proteins for use as an antiparasitic agent. European patent N°11305788.9-2103. University of Rouen.

A LLOCATION DE R ECHERCHE D OCTORALE
F INANCEE PAR LA R EGION H AUTE -N ORMANDIE
Unité de recherche d’accueil EA 1293 ECODIV
Sujet de thèse Effets des changements de pratiques agronomiques sur
l’habitat et la diversité microbienne du sol – conséquences sur
la disponibilité de l’azote
Contacts Michael Aubert, [e-mail]
La conservation des sols est une nécessité urgente pour notre agriculture, notre environnement et
donc nos sociétés. Celle-ci passe par la restauration de leur biodiversité et des fonctions associées.
Aujourd’hui, de nombreuses études sont menées sur le potentiel des sols en termes de stockage du
carbone, de minéralisation de l'azote ou de biodiversité. Cependant, les approches visant à évaluer la
combinaison de ces 3 services écosystémiques sont peu nombreuses. La réponse agronomique à la
nécessité de conservation des sols commence à prendre forme au travers de la mise en place de
systèmes de culture innovants. Ces derniers modifient les itinéraires culturaux classiques et incluent
des techniques culturales alternatives qui ont des impacts sur les propriétés chimiques, physiques et
biologiques du sol (Beninende et al., 2008). En effet, en réduisant la fréquence ou les doses des
intrants organique et/ou chimique, ces techniques affectent le cycle de la matière organique des sols
et donc ses propriétés biochimiques (Bending et al., 2004). Il est donc important, pour évaluer les
systèmes de culture à bas intrants, d’être en mesure de quantifier leur impact sur (1) la biodiversité
des sols y compris dans sa dimension fonctionnelle, (2) la capacité des sols à fournir des éléments
nutritifs au couvert végétal, (3) la fonction de puits de carbone des sols et la dynamique de ce
dernier.
Les microorganismes du sol, bactéries et champignons, sont les principaux acteurs de la
minéralisation de la matière organique du sol qui est à la base de 2 services écosystémiques majeurs
: le recyclage des nutriments pour la nutrition minérale des couverts végétaux et le stockage du
carbone (Doran and Zeiss 2000). Les microorganismes sont sensibles à différents paramètres
biotiques et abiotiques qui vont influencer les équilibres entre minéralisation et stockage (Monaco et
al., 2008). Parmi ces paramètres, les propriétés biochimiques de l’habitat semblent jouer un rôle
majeur dans le développement des communautés microbiennes (Nsabimana et al., 2004). En effet, le
sol est une matrice hétérogène formée de particules minérales et organiques à l’origine de la
formation de complexes organo-minéraux (Gobat et al. 2004). La composition biochimique de la
matière organique induit une diversité dans la nature et dans l’abondance des complexes organo-
minéraux. Toute modification de ceux-ci peut induire de nouvelles niches écologiques ou en détruire
d’anciennes, impactant à la fois la composition des communautés microbiennes mais aussi la
résultante fonctionnelle de l'activité biologique des sols (Sollins et al. 1996; Bending et al., 2004).
Ainsi, selon Sotres et al. (2005), la mise en place d’indicateurs de la qualité biochimique des sols,
nécessite à la fois la standardisation des méthodes analytiques et la compilation des données
concernant les propriétés biochimiques des sols sous diverses conditions géographiques et
différentes utilisations et modes de gestion des sols. Le travail de thèse vise donc à caractériser une
interface peu prise en compte entre la physico-chimie des sols et la biologie ou l’écologie
microbienne des sols. Il consiste en une caractérisation biochimique de l’habitat afin d’apporter des
éléments de compréhension des interactions matrice sol / vie biologique. Les objectifs de cette thèse
sont de caractériser le rôle biochimique de l’habitat comme facteur écologique déterminant la
structure des communautés microbiennes des sols. Il se décline en 3 volets :
- Détermination des indicateurs de caractérisation de l’habitat
- Modification de l’habitat par les pratiques agronomiques
- Impact des changements des caractéristiques de l’habitat sur le pool d’espèce et sur la
communauté
fonctionnelle.
Ce travail nécessite des expérimentations menées sur le terrain (approche in situ) et des
expérimentations au laboratoire en conditions contrôlées (approche ex situ)
Résultats attendus : Aspects fondamentaux : Mieux comprendre la dynamique de la matière
organique endogène du sol face aux nouveaux enjeux de stockage du carbone, de cycle de l'azote et