Activité de stimulation des défenses naturelles induites par des extraits de marc de raisin

Plant defense reactions induced by grape marc extracts

• Auteur / Autrice : Razik Benouaret
• Direction : Pascale Goupil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Génétique Moléculaires
• Date : Soutenance le 13/02/2015
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre en Environnement Fluctuant - (PIAF) Physiologie Intégrée de l'Arbre fruitier et Forestier
• Jury : Président / Présidente : Gérard Ledoigt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Goupil, Thierry Langin, Anne Guiboileau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Pugin, Marie-France Corio-Costet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Immunologie

Plantes -- Moyens de défense

Mots clés libres

SDP

Extraits de raisin

Nicotiana tabacum

Polyphénols

Protection

Phytophthora parasitica

Fractionnement

Procyanidine B2

PDI

Grape marc extracts

Nicotiana tabacum

Phenolic compounds

Protection

Phytophthora parasitica

Fractionation

Procyanidin B2

Résumé

Dans un contexte de réduction des intrants chimiques, l’utilisation des phytosanitaires naturels stimulant l’immunité végétale ouvre la porte vers une nouvelle approche de protection des plantes. Ces composés éliciteurs regroupés sous le terme de «Stimulateurs des Défenses naturelles des Plantes» (SDP) activent le système défensif de la plante la rendant plus résistante aux bio-agresseurs. Les SDP, de nature diverse, se présentent sous forme de composés uniques ou en mélange dans les extraits végétaux. Au cours de ma thèse, nous avons démontré l’activité SDP des extraits de marc de raisin. Les extraits issus de sous-produits de la vigne, marc de raisin rouge, marc de raisin blanc et pépins de raisin induisent diverses réactions de défense au sein de plantes modèles. Nous avons focalisé notre étude sur l’extrait de marc de raisin rouge (EMR) stimulant l’immunité chez le tabac. Infiltré sur feuilles, l’EMR induit la réponse de type HR caractérisée par l’apparition de lésions chlorotiques et accumulation de composés autofluorescents dans les tissus infiltrés. Ces réactions de défense locales ont été observées également chez l’arabette et la tomate. L’EMR déclenche les réponses LAR et SAR avec l’accumulation des transcrits des gènes de défense dans les feuilles de tabac et ce quelque soit son mode d’application (infiltration ou pulvérisation). Le mode d’action de l’EMR a été abordé sur cultures cellulaires de tabac BY-2. L’EMR induit une forte alcalinisation du milieu extracellulaire avec une mobilisation du calcium (Ca2+), l’expression des gènes de défense et la mort cellulaire. Une étude pharmacologique de la mort cellulaire suggère la mise en place de mort cellulaire programmée (PCD) dans les cellules de tabac. La caractérisation de la voie de signalisation activée par l’EMR a été étudiée avec le mutant NahG de tabac incapable d’accumuler l’acide salicylique (SA). Les réponses de défense (HR, LAR et SAR) sont faiblement induites par l’EMR chez le mutant nahG. L’EMR provoque une réponse de type HR fortement réduite avec une faible accumulation des composés autofluorescents et une diminution drastique de l’accumulation des transcrits des gènes PR suggérant l’intervention du SA dans l’induction des réactions de défense. Le degré de protection induit par l’EMR a été déterminé sur le pathosystème tabac/Phytophthora parasitica. Pulvérisé sur feuilles, l’EMR réduit de 45% les zones infectées par l’oomycète. Ce degré de protection semble être le résultat de l’activité antimicrobienne de l’EMR combinée à l’activité SDP. Aucune protection n’a été observée chez le mutant nahG confirmant l’implication de SA dans la résistance induite par l’EMR. Le fractionnement de l’EMR a permis de simplifier la formule active des extraits de raisin et d’identifier un mélange de molécules potentiellement capables d’induire l’activité SDP. Les composés actifs sont de nature polyphénolique et contiennent de la procyanidine B2 capable à elle seule d’induire la réponse de type HR et l’expression de l’antimicrobien PR1. Cependant, il semble que cette molécule agisse en association avec d’autres composés polyphénoliques pour stimuler le système défensif de la plante.

In order to reduce chemical inputs, the use of natural phytosanitary products stimulating plant immunity are emerging approaches in phytoprotection. These elicitor compounds known as "Plant Defense Inducers" (PDI) activate the plant defense system and improve their resistance to pests attack. PDI are single molecule or mixture of compounds extracted from plant. In my thesis, we demonstrated the PDI activity of different grape marc extracts. The winery byproducts, red grape marc extract, white grape marc extract and grape seed extract all induced various defense reactions in several plant models. We focused our study on the red grape marc extract (GME) which stimulates the immunity system in tobacco plants. When infiltrated into tobacco leaves, GME induced HR-like response characterized by the appearance of chlorotic lesions and accumulation of autofluorescent compounds in infiltrated tissues. Similar local defense reactions have been observed in Arabidopsis thaliana and tomato. GME also triggered LAR and SAR responses and induced defense gene transcript accumulation in tobacco leaves after infiltration or spraying. The GME mode of action was studied using the suspension-cultured cells of tobacco BY-2. GME induced rapid alkalinization of extracellular medium with calcium mobilization, expression of defense genes and cell death. A pharmacological approach of this defensive phenomenon suggests the establishment of programmed cell death (PCD) in tobacco cells. The characterization of the signaling pathway activated by GME was studied using tobacco nahG mutant unable to accumulate salicylic acid (SA). Defense responses (HR, LAR and SAR) induced by GME were impaired in the nahG mutant. GME drastically reduced HR-like response symptoms and PR transcript accumulation. These data suggest the implication of SA in the GME-induced plant defense reactions. The GME-induced protection was evaluated in the model pathosystem of compatible interaction between Nicotiana tabacum and Phytophthora parasitica var. nicotianae (Ppn). GME could reduce by 45% the infected areas induced by the oomycete on tobacco leaves. This level of protection was the result of the combined antimicrobial and PDI actions of GME. GME had no protecting effect against Ppn on NahG leaves evidencing the involvement of SA in the GME-induced resistance. GME fractionation led to identification of a bioactive molecule mixture capable of inducing the PDI activity. The active compounds are polyphenolics and involve procyanidin B2 which is by itself able to induce the HR-like response and PR1 transcript accumulation. This compound should act in combination with other polyphenolic molecules to stimulate the full plant defense reactions.