La stimulation de l’immunité innée chez les plantes. Un exemple d’application: Iodus 40 (“Vacciplant”)

1. La stimulation de l’immunité innée chez les plantes. Un exemple d’application: Iodus 40 (“Vacciplant”)

2. Stratégies pour la protection des cultures • 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)

3. Laboratoires Goëmar, Saint Malo Santé humaine : Pharmacie Cosmétique Diététique Santé végétale Biostimulants (à base d ’algues) Vaccin des plantes Les algues

4. Laboratoires Goëmar Avenue Général Patton 35400, St Malo, France - Production depuis 1975, d’extraits d’algues  Effets bénéfiques sur plusieurs types de plantes cultivées, dont une amélioration de la résistance à certaines maladies

5. 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

6. 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.

7. paroi cellulaire Eliciteurs et relations plantes-pathogènes CHAMPIGNON noyau Produits de gènes de virulence oligoglucanes pectinases oligoglucanes glucanases récepteur récepteur oligopectines signaux de défense Produits de gènes de défense noyau CELLULE DE PLANTE paroi cellulaire

8. Transduction des signaux éliciteurs chez les plantes

10. 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

15. Protéines PR (Pathogenesis-Related) de tabac Famille Membres PM (kDa) Localisation Activite biologique 1a 1c 1b 15 - 15,5 1 antifongique ext 1g 17 2 O ext Q' N 35 - 37 ß-1,3-glucanase 2 gluc. b. 33 int chitinase P Q 27 - 28 ext 3 28 - 34 int chitinase-lysozyme chi 32 chi 28 chi 34 s1, s2 r1, r2 ? 13 - 14,5 ext 4 chitinase-lysozyme CBP20 20 int ext 24 R S antifongique 5 osm int 22 inhibiteur de proteases 6 8 int TIMPa TIMPb microbiennes lys 1b lys 2b 28 ext lysozyme-chitinase 8 lys 28a peroxidase ext P39a 39 - 40 P40a 9 (lignification) 11 45 int chitinase-lysozyme Pz amyl 1 non- -amylase 44 ext amyl 2 classees

17. Système immunitaire chez les animaux (à partir des chondrichtyens). Immunité naturelle (innée, non spécifique) - macrophages - système du complément Immunité acquise (spécifique, anticorps) - lymphocytes B - lymphocytes T

18. ß-1,3 -1,6 glucanes Oligomères de chitosan Oligomères de chitine Oligogalacturonides Principaux oligosaccharides stimulateurs de réponses de défense

19. Oligosaccharides de plantes ou d’agents microbiens : Oligosaccharides d’algues brunes : - Laminarine : ß-1,3 glucane ß-1,3 -1,6 glucanes (champignons) • OligoAlginates : D-mannuronate L-guluronate Oligogalacturonates (plantes)

20. La Laminarine entraîne l’accumulation de protéines anti-microbiennes PR chez le tabac (immunodétection/Western-blot) oligoGal Famille de protéines PR Fonctions biologiques eau Laminarine PR-1 antifungal ß-1,3-glucanases PR-2 chitinases PR-3 thaumatin-like PR-5 Après 48h de traitement avec les différents oligosaccharides

21. Autres molécules potentiellement élicitrices obtenues à partir des algues brunes Structure des fucanes sulfatés des algues brunes: liaisons α-1,4 et α-1,3

22. 5 jours Evaluation du niveau de résistance Infiltration d’éliciteur (test) ou d’eau (contrôle) innoculation TMV (virus de la mosaïque du tabac) 6 jours 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.

23. Plante traitée avec de l’eau Plante traitée avec des oligofucanes

24. Synthèse des résultats obtenus avec le modèle tabac (IBMP, Strasbourg) Résistance nd nd +++ +++ - - - - Mort cellulaire Eléments anti-microbiens + ++ - - PR + +++ - - Scopolétine Signaux végétaux + ++ - - SA + ++ - - Activation de voies métaboliques LOX + ++ +++ + PAL - - + + H2O2 Evènements précoces de signalisation Phosphorylation protéines + + + + Alcalinisation extracellulaire + + ++ ++ Alginates Carraghénanes Laminarine Fucanes Klarzynski et al., (2000). Plant Physiol. 124, 1027-1037 Klarzynski et al., (2003). Mol. Plant-Microbe Interact. 16, 115-122

25. Enjeux des recherches sur la « vaccination » (= immunostimulation) des plantes agronomiques • Nouveaux outils pour l’agriculture • Compatibles avec : • le développement durable • la sécurité alimentaire

26. Mise au point d’oligosaccharines pour la 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

27. Stade 2 feuilles : pulvérisation des produits Symptômes Inoculation du champignon Semis 25- 28 j 10-12 j Système Blé/ Mycosphaerella graminicola

28. Témoin : Induction résistance avec Phyliq 200 mg/L (composition= 37 g/l de laminarine):

29. Biotests s’effectuant en chambre à atmosphère contrôlée dans les locaux loués à BBV à St Pol de Léon - Tests de protection contre la septoriose du blé : Réduction de la taille des nécroses par rapport au témoin 100 80 60 40 20 0 Phyliq Non formulé Phyliq Importance de la formulation (pour amplifier/faciliter l’action de la matière active)

30. 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.

31. Iodus 40 : Résultats Agronomiqueset Développement

32. 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

33. Iodus40®, Premier stimulateur des défenses du blé Mise sur le marché : printemps 2003 Matière active = LAMINARINE (oligosaccharide de Laminaria digitata)

35. Diffusion de Iodus® 40

36. Pour conclure: Algues brunes et laminarine illustrent… 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

37. Immunostimulation et protection des 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 …