View
213
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Stratégies alternatives de protection de la vigne contre les
maladies fongiques
Pr Christophe CLÉMENT Université de Reims Champagne Ardenne
Unité de Recherche Vignes et Vins de Champagne SFR Condorcet – FR CNRS 3417
BP 1039, 51687 Reims Cedex 02 christophe.clement@univ-reims.fr
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Pesticides : un vrai problème France
▪ 100 000 tonnes de produits phytosanitaires
▪ 1er pays consommateur en Europe
Qualité des eaux
▪ pesticides utilisés il y a 30 ans arrivent dans les nappes phréatiques
▪ qualité de l’eau du robinet
▪ inertie du système (30 ans)
Exemple de la viticulture
▪ 2 à 3 % des surfaces cultivées en France
▪ 30 à 50 % des pesticides utilisés
▪ pesticides utilisés en viticulture : 50 % fongicides
(35 % herbicides, 10 % insecticides, 5 % anti-limaces, raticides…)
▪ 15 à 25 traitements
Directives nationales et européennes
▪ suppression de molécules à utilisation phytosanitaire
▪ décrets Septembre 2006
▪ Grenelle de l’environnement (Ecophytovigne 2018)
Santé des Agriculteurs
▪ maladies induites par l’utilisation des pesticides
▪ évolution des technologies de diffusion
Technologies non acceptées
▪ organismes génétiquement modifiés non acceptés
▪ perte de la confiance en la science (sang contaminé, hormone de croissance, …)
Suppression de certains traitements
▪ arsénite de soude interdit (Novembre 2001)
maladies du bois de la vigne
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Pathogène
Stimulation des défenses des plantes
SDP Pesticides
Stratégies alternatives de lutte contre les maladies des plantes
BIOCONTROLE : 2 approches complémentaires
▪ ELICITATION : utilisation de molécules stimulatrices des défenses
▪ LUTTE BIOLOGIQUE : utilisation de micro-organismes conférant à la
plante un certain niveau de protection
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Maladies
Victime Colza, blé, orge, tomate, vigne
Arabidopsis ▪ Changement climatique
Héros Micro-organismes, éliciteurs
Bad boys Parasites fongiques
Réactions de défense des plantes
contre les stress
biotiques et abiotiques
Non permanents
• 3 IgE sous contrat
• 1 Secrétaire (fonds propres)
• 6 post doctorants
• 8 doctorants (+ 2 à venir)
• 3 masters 2
Personnels
50 personnes environ
Permanents
• 22 Enseignants Chercheurs (5 PR, 16 MCU, 1 PRAG)
• 1 IgR, 1 ETP IgE (3 personnes)
• 4 Personnels Techniques
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Utilisation de micro-organismes : LUTTE BIOLOGIQUE
Pathogènes
Micro-organismes bénéfiques
Maladie
Sécrétion d’éliciteurs
ELICITATION
Pénétration dans la plante et SDP
BIOCONTRÔLE
Protection
+
-
Antibiotiques
-
-
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
• stimulateur de croissance (PGPR) • protection contre certaines maladies
Burkholderia phytofirmans souche PsJN
• isolée de racines d’oignon (Frommel et al. 1991 & 1993)
• associée à de multiples plantes cultivées herbacées (Frommel et al. 1991 & 1993, Pillay et Nowak 1997, Nowak 1998,
Sessistch et al. 2005, Salles et al. 2006)
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Colonisation des tissus
Protection
Contournement des défenses
Colonisation de la surface racinaire
Pénétration dans les tissus
Attraction des bactéries
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Attraction de la bactérie
• Exsudats racinaires
Les racines de vigne secrètent des métabolites dans le sol, notamment :
• sucres (glucose, fructose, saccharose, …)
• acides organiques (acide malique, …)
• acides aminés (alanine, leucine, …)
Glucose
0
1 2
3 4
5 6
7
0 1 10 100
Nb bactéries par capillaire (X 105)
Acide malique
0
1 2
3 4
5 6
7
0 1 10 100
Nb bactéries par capillaire (X 105)
Alanine
0
2
6
10
14
0 1 10 100
Concentrations (mM)
Nb bactéries par capillaire (X 105)
Burkholderia phytofirmans strain PsJN est attirée par les exsudats racinaires
Identification des métabolites en cours
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Colonisation de la surface racinaire et pénétration dans la plante
• Colonisation ▪ Multiplication ▪ Formation de biofilm
• Pénétration
polygalacturonase
endoglucanase
▪ Secretion d’enzymes
▪ Rejoint le xylème
• Diffusion
Propagation de la bactérie par les vaisseaux de xylème
Gfp transformed bacteria
Bactéries retrouvées
dans tous les organes
5 à 6 semaines
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Biostimulation de la croissance
0
0,5
1
1,5
2
biomasse totale
parties aériennes
tiges feuilles racines
Poids (g)
contrôle bactérisées
Biomasse
BIOSTIMULANT
PsJN Témoin
3.15a 0.30a
CO2 fixation (mol.m-2.s-1)
O2 production (nmol.min-1.cm-2)
control (26°C)
3.98c 0.65c bacterised (26°C)
-
+ Photosynthèse
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Bad boy Botrytis cinerea
Héros B. phytofirmans
st. PsJN
Mécanismes de protection Premiers éléments de compréhension
Victime Vitis vinifera cv. Chardonnay
Stimulation des défenses
Antibiose
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Mécanismes de protection Antibiose directe
Temps (h)
Croissance de B. cinerea (cm²)
Botrytis cinerea
B.c./B.p. PsJN 0H
B.c./B.p. PsJN 72H
0
5
10
15
20
25
30
35
0 24 48 72 96
mort du mycelium
attraction
b
a
0
1
2
3
4
5
6
Témoin Botrytis cinerea
Nb bactéries par capillaire (X 105)
*
Composés actifs sécrétion
72 h
Nature de ces composés ?
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
1h 24h
PsJN
P.s.pisi
E. coli
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 5 10 15 20 25
Temps (min)
Mort cellulaire (DO 600 nm)
4,7
5
5,3
5,6
5,9
0 60 120 180 240 300 360
Temps (min)
0 60 120 300 360
pH extra-cellulaire
P. syringae pv. pisi
B. phytofirmans PsJN
témoin
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 100 200 300 400
Temps (min)
H2O2 rlu
Contournement des défenses
P. syringae pv. pisi • alcalinisation du milieu (2 phases) • burst oxydatif (2 phases) • mort cellulaire
B. phytofirmans • alcalinisation du milieu (1 phase) • pas de burst oxydatif • pas de mort cellulaire
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Mécanismes de protection Stimulation des défenses
activité chitinase
0
1
2
3
4
5
6
7
8
racine tige feuille
control
bacterized
* *
*
mg product/min/g FW
• effet éliciteur de la bactérie
• protège la plante contre B. cinerea
Témoins Plants bactérisés
+ + + - +
mg hydr. glucose/min/g FW activité β 1,3 glucanase activity
control bacterized
*
* * 0
5
10
15
20
25
racine tige feuille
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
=> dans les racines, régulation par la voie de l’acide salycilique
=> dans les inflorescences, régulation par la voie de l’acide jasmonique (ISR)
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4
PR6
Temps (dpi)
Facteur d’induction
témoin bactérisé
BIG 102
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5 6
Temps (dpi)
Facteur d’induction
0
10
20
30 PR6
0 1 2 3 4 5 6
Facteur d’induction
0
1
2
3
4
5 BIG 102
0 1 2 3 4 5 6
Facteur d’induction
Racines
Inflorescences
boutures
bactérisation racinaire
dans les inflorescences
0
50
100
0 24 48 72 temps (hpi B. cinerea)
% inflo nécrotiques
témoin bacterisé
PR 6 : gène impliqué dans la régulation par l’acide jasmonique BIG 102 : gène impliqué dans la régulation par la voie de l’acide salycilique
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
x1,9
x4,7
x3,1
x4,8
x2,6
x3,1
x2,5
témoin
COR gene VvCBF4 230
VvPAL 8,8
VvSTS 151
JA pathway VvLox 1,6
VvGluc 3
VvChit4C 13
VvChit1B 4,7
SA pathway
PR proteins
bactérisé
435
41,4
461
7,6
7,7
40
11,7
VvSTS
0
100
200
300
400
500
600
24 h 48 h 72 h 2 wks
rela
tive
ge
ne
exp
ress
ion
non-bacterisé
bacterisé
• effet potentialisateur de la bactérie pour l’induction des défenses
Mécanismes de protection Stimulation des défenses
• Potentialisation
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Mécanismes de protection Stimulation des défenses
• Production d’H2O2
dans les plantes bactérisées :
• l’accumulation d’H2O2 se fait plus rapidement et plus fortement durant les 3 premiers jours => potentialisation du burst oxydatif
• la concentration d’H2O2 diminue après seulement 3 jours => potentialisation du processus de détoxification de l’H2O2
a a a a
a
c
b
b
b
c
0
2
4
6
8
10
24 h 48 h 72 h 1 sem 2 sem temps d’exposition
H2O2 (µmoles.g-1 MF)
a a a a
a
c
b
b
b
c
a a a a a
a a a a a
c
b
b
b
b
b
b
c c
c
non-bactérisé
bactérisé
H2O2: oxydant puissant
composé toxique
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
0
4
8
12
16
20a
b b
c d
bc b
ind
ice
de
mal
adie
s (%
) Feuilles
0
2
4
6
8
10
Bai
es In
fect
ées
(%)
c c
a
b b
d
b
Baies
Protection
Contamination de baies à maturation Contamination Naturelle
Control traitement
12 Jours post-inoculation
Control Traitement
Résistance foliaire
Application des bactéries au niveau du sol
en mai
Résistance induite par les bactéries autochtones
Au vignoble : 2 mois après application racinaire, les bactéries sont effectives pour contrôler B. cinerea au niveau foliaire et baies.
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
0 12 24 36 48
0
20
40
60
80
100
0 12 24 36 48
0
20
40
60
80
100
0 3 6 9
Développement de Botrytis
témoin bactérisé
Accumulation de resvératrol
Expression du gène GST
hpi
potentialisation
Réactions de défense
COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY COLLOQUE BIOCONTROLE > 8 FEVRIER 2016 > NANCY
Conclusions
=> Burkholderia phytofrimans souche PsJN
• stimule la croissance de la vigne (PGPR)
action sur la photosynthèse, potentiellement sur la synthèse d’auxine
• protège la vigne contre Botrytis cinerea par 2 voies différentes
▶ antibiose directe
▶ potentialisation du système de défense
• est capable d’activer des voies de défenses organe-dépendantes*
=> Biocontrôle possible au vignoble et au champ : il faut maintenant passer à la phase « D » de la « R&D »
Recommended