Induction de la PAMP-Triggered Immunity, de l’expression des gènes de défenses et de la résistance du palmier dattier au Fusarium oxysporum f. sp. albedinis par des motifs saccharidiques extraits de macroalgues brunes

Induction of PAMP-Triggered Immunity, expression of defense genes and resistance of date palm to Fusarium oxysporum f. sp. Albedinis by saccharidic patterns extracted from brown macroalgae

• Auteur / Autrice : Soukaina Bouissil
• Direction : Cédric Delattre, Cherkaoui El Modafar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 12/07/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...) en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Majida Hafidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zaïnab El Alaoui-Talibi, Philippe Michaud, Saïd Mouzeyar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Bourgougnon, Amina Ouazzani-Touhami

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusarioses

Dattier

Mots clés libres

Polysaccharides

Algues marines

Palmier dattier

Stimulation des défenses naturelles

Gènes de défense

Résistance

Fusarium oxysporum f. sp. albedinis

Polysaccharides

Marine algae

Date palm

Stimulation of natural defenses

Defense genes

Resistance

Fusarium oxysporum f. sp. albedinis

Résumé

Le présent travail s’inscrit dans le cadre de la recherche de nouvelles alternatives aux produits phytosanitaires chimiques, susceptibles de stimuler les défenses naturelles du palmier dattier par des poly/oligosaccharides d’algues marines. La plante peut ainsi reconnaître par le biais de récepteurs de reconnaissance ancrés à la surface des cellules végétales des molécules baptisées « Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMP)-Triggered Immunity » déclenchant l’arsenal de défense de la plante. Des alginates et des fucoïdanes ont été extraits et purifiés à partir de deux espèces d’algues brunes Fucus spiralis et Bifurcaria bifurcata. La caractérisation structurale a révélé un ratio acide mannuronique/acide guluronique (M/G) de 0,47 et 54 % d’homoblocs pour l’alginate issu de B. bifurcata, alors que l’alginate de F. spiralis est composé de 70 % d’homoblocs avec un ratio M/G = 0,92. La caractérisation chimique des fucoïdanes a permis de mettre en évidence la présence de 49,5 % de sulfate dans les fucoïdanes de B. bifurcata et 45,5% dans les fucoïdanes de F. spiralis. La production des oligoalginates à partir des alginates de B. bifurcata et de F. spiralis par hydrolyse radicalaire contrôlée a généré des fractions de faible poids moléculaire ≤ 5,5 kDa, avec un degré de polymérisation moyen de 2-24 pour les oligoalginates de B. bifurcata et de 2-18 pour les oligoalginates de F. spiralis. Le potentiel éliciteur des défenses naturelles du palmier dattier par les alginates, les fucoïdanes et les oligoalginates est appréhendé à travers l’induction de l’activité de la Phénylalanine Ammonia-Lyase (PAL) et de l’accumulation des composés phénoliques et de la lignine dans les racines du palmier dattier. Les résultats obtenus ont montré clairement que les différents motifs saccharidiques testés stimulent les défenses naturelles du palmier dattier. Ces résultats ont été confirmés au niveau transcriptionnel à travers une étude de l’expression des gènes impliqués dans les défenses naturelles du palmier dattier, à savoir les gènes du métabolisme phénolique (PAL), du burst oxydatif (POD, SOD, LOX) et des PR-protéines (chitinase et β-1,3-glucanase). Le prétraitement des plants du palmier dattier par les différents motifs saccharidiques réduit considérablement l’impact de la fusariose vasculaire causée par Fusarium oxysporum f. sp. albedinis évalué à travers la sévérité de la maladie, l’incidence de la maladie et le taux de mortalité. Après 17 semaines suivant l’inoculation des plants par l’agent pathogène, les différentes molécules saccharidiques testées réduisent le taux de mortalité de 80 % par rapport aux plants témoins (sans éliciteur) et aux plants prétraités par la laminarine, molécule active de l’Iodus 40® (Goëmar, France). L’ensemble des résultats obtenus ouvrent des perspectives prometteuses en matière de formulation algale d’un stimulateur des défenses naturelles du palmier dattier susceptible de contribuer à protéger ce patrimoine phœniciole contre les agents phytopathogènes et de conserver l’environnement naturel particulier des palmeraies oasiennes.

This thesis was conducted in a context of developing alternatives to chemical plant protection products, likely to stimulate the natural defenses of date palm by poly /oligosaccharides from marine algae. The plant can thus recognize, through recognition receptors anchored to the surface of plant cells, molecules called “Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMP) -Triggered Immunity” triggering the plant's defenses. Alginates and fucoidans have been extracted and purified from the two species of brown algae Fucus spiralis and Bifurcaria bifurcata. Structural characterization revealed a mannuronic acid/guluronic acid (M/G) ratio of 0.47 and 54% homoblocks for alginate from B. bifurcata while the alginate from F. spiralis is composed of 70% homoblocks with an M/G ratio = 0.92. Chemical study of fucoidans revealed 49.5% of sulfate in B. bifurcata fucoidans and 45.5% in fucoidans of F. spiralis. The production of oligoalginates from B. bifurcata and F. spiralis alginates by controlled radical hydrolysis generate low molecular weight fractions (LMW) with an average degree of polymerization (DP) of 2-24 for B. bifurcata oligoalginates and of 2-18 for F. spiralis oligoalginates. The eliciting potential of the date palm natural defenses by alginates, fucoidans and oligoalginates is highlighted through the induction of Phenylalanine Ammonia-Lyase (PAL) activity and the accumulation of phenolic compounds and lignin in date palm roots. The results obtained clearly showed that the different saccharide units tested stimulate the date palm natural defenses. These results were confirmed at the transcriptional level through a transcriptomic analysis of genes expression involved in date palm natural defenses, namely the genes for phenolic metabolism (PAL), oxidative burst (POD, SOD, LOX) and PR-proteins (chitinase and β-1,3-glucanase). The pretreatment of date palm plants by the various saccharide motifs greatly reduced the impact of vascular fusarium wilt caused by Fusarium oxysporum f. sp. albedinis assessed through disease severity, disease incidence and death rate. After 17 weeks following the inoculation of the plants with the pathogen, the different saccharide molecules tested reduce the mortality rate by 80% compared to control plants (without elicitor) and to plants pretreated with laminarin, the active molecule of Iodus 40® (Goëmar, France). All the results obtained open a promising perspectives in terms of algal formulation of a stimulator of date palm natural defenses that could help protect date palm against phytopathogenic agents and preserve the particular natural environment of oasis palm groves.