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

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)

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

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

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 et relations plantes-pathogènes paroi cellulaire CHAMPIGNON Eliciteurs et relations plantes-pathogènes 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

Transduction des signaux éliciteurs chez les plantes

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 Point 2 : d’où la focalisation de Goëmar sur les beta glucanes (laminarine) Point 3 : il n’est pas de développement possible sans une excellente connaissance des produits (ou services) concurrents

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

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

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

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

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

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

Infiltration d’éliciteur (test) ou d’eau (contrôle) 5 jours 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. Evaluation du niveau de résistance

Plante traitée avec de l’eau des oligofucanes

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

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

Développement d’un SDN : les contraintes . Liberté d’exploitation . Possibilité de protection (brevet)  nouveauté . Connaissance des performances techniques des produits (et services) concurrents . Prix de vente : acceptable par le marché (fonction de la concurrence) et compatible avec le prix de revient . Compatibilité de l’itinéraire technique avec les pratiques agricoles (actuelles ou acceptables) . Homologation du Ministère de l’Agriculture

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

Système Blé/ Mycosphaerella graminicola Semis Stade 2 feuilles : pulvérisation des produits 10-12 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 100 80 60 40 20 Phyliq Non formulé Phyliq Importance de la formulation (pour amplifier/faciliter l’action de la matière active) Biotests s’effectuant en chambre à atmosphère contrôlée dans les locaux loués à BBV à St Pol de Léon

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 Messages à faire passer selon Bernard: Cahier des charges Interaction avec Olivier et William Le tableau Structure fines

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 de Iodus® 40

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 La découverte préexiste à son découvreur

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 …