Effet de l'environnement sur la croissance et l'accumulation de métabolites secondaires chez Datura innoxia Mill. cultivé en conditions hors sol ; impact des facteurs biotiques et abiotiques

Effects of biotic and abiotic environmental parameters for Datura innoxia Mill. tropane alkaloid in soilless cultures

• Auteur / Autrice : Thi Dao Vu
• Direction : Eric Gontier, Frédéric Bourgaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 04/07/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire agronomie et environnement
• Jury : Président / Présidente : Armand Guckert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Gontier, Frédéric Bourgaud, Armand Guckert, Michèle Boitel-Conti, Dominique Laurain-Mattar, Hubert Schaller
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michèle Boitel-Conti, Dominique Laurain-Mattar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agrobacterium rhizogenes

Datura

Cultures hydroponiques

Mots clés libres

Datura innoxia Mill.

Gène rapporteur

Agrobacterium rhizogenes

Culture hors sol

Scopolamine

Hyoscyamine

Alcaloïdes tropaniques

Datura innoxia Mill.

Rapporter gene

Agrobacterium rhizogenes

Soil less culture

Tropane alkaloids

Hyoscyamine

Scopolamine

Résumé

Datura innoxia Mill., une plante de la famille des Solanacées synthétisant des métabolites secondaires, dont les alcaloïdes tropaniques, a été utilisée comme modèle pour cette étude portant sur les cultures en hydroponie. Nous avons déterminé et hiérarchisé les paramètres environnementaux (biotiques et abiotiques) permettant d’améliorer croissance et production de métabolites. La réponse de la plante dépend de l’approvisionnement en oxygène de la solution nutritive, de la température perçue tant niveau des parties aériennes qu’au niveau racinaire. Une augmentation de l’intensité d’éclairage n’améliore pas la teneur en alcaloïdes de la plante mais l’utilisation de lumière orange engendre un changement des paramètres de croissance et des teneurs en molécules recherchées. Nous avons également montré que la présence de microflore dans le milieu de culture provoque une dégradation des molécules d’intérêt et altère leur accumulation dans la plante. Par contre, A. rhizogenes a un effet favorable sur la croissance de la biomasse et la biosynthèse d’alcaloïdes tropaniques dans la plante. L’état transgénique des racines, issues de co-culture hydroponique de Datura innoxia avec A. rhizogenes TR7, a été estimé par une vérification précoce et confirmé par des analyses moléculaires. Nous avons pu mettre en évidence les modifications du phénotype racinaire et les mécanismes d'interaction plante-microorganisme. L’inoculation des agrobactéries peut donner lieu à des transferts naturels de gènes induisant ainsi l’obtention d’un pool racinaire chimérique regroupant des racines normales et des racines transformées. Ces travaux ont ouvert de nouvelles perspectives en vue de déterminer la capacité de production de métabolites secondaires par des plantes en culture hors sol, de manière à obtenir une biomasse riche en molécules recherchées

Datura innoxia Mill. a plant species belonging to Solanaceous family, produces hyoscyamine and scopolamine as two main tropane alkaloids. It has been studied in the present work for the development of hydroponic based secondary metabolites bioproduction. More specifically, biotic and abiotic environmental factors have been analysed in order to improve growth and alkaloid accumulation in plant tissues. Oxygen concentration in the nutrient solution is proved to be important for both biomass and compound production in temporary immersion culture conditions occur as one optimum. Temperature has also a major effect, directly and most probably through oxygen solubility and root needs. We showed that artificial light may positively complete natural one but the kind of spectrum must be chosen carefully. From this point of view, orange light from High Pressure Natrium Vapour light showed better results than classical white light. Nitrogen (NO3-15mM) and pH (5 to 6) management may lead to culture optimization. We also show that well chosen wild Agrobacterium rhizogenes strains may be added to the hydroponic nutrient solution in order to improve growth and alkaloid bioproduction. This result is due to the multi occurrence of genetic transformation events. Our results lead to a first classification for impacts of biotic and abiotic factors. It opens new window for plant milking technology industrial development