Évaluation de l’effet de facteurs environnementaux sur les stilbénoïdes, conséquences sur leurs activités antimicrobiennes et recherche de solutions de protection

Assessment of the effect of environmental factors on stilbenoids, consequences on their antimicrobial activities and search for protective solutions

• Auteur / Autrice : Anthony Pébarthé-Courrouilh
• Direction : Stéphanie Cluzet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 11/12/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche œnologie
• Jury : Président / Présidente : Michel Hernould
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-France Corio-Costet, Arnaud Lanoue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Viaud, Virginie Puech-Pages
• DOI : 10.70675/3abd20b8z83aez4291z85cazc6306de2d846

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyphénols végétaux

Mildiou de la vigne

Botrytis cinerea

Enzymes fongiques

Stilbène

Agriculture durable

Mots clés libres

Polyphénols

Stabilité

Activités antimicrobiennes

Plasmopara viticola

Botrytis cinerea

Viticulture durable

Polyphenols

Stability

Antimicrobial activities

Plasmopara viticola

Botrytis cinerea

Sustainable viticulture

Résumé

La vigne (Vitis vinifera L.), culture d’importance économique majeure à travers le monde, est sensible à de nombreuses maladies provoquant des dégâts sur la plante et ses fruits, et conduisant à des pertes de rendement et de qualité des vins. Le mildiou (Plasmopara viticola) et la pourriture grise (Botrytis cinerea) comptent parmi les maladies les plus dommageables. Leur contrôle se fait traditionnellement par l’utilisation de pesticides issus de chimie de synthèse ou à base de cuivre, composés étant à la fois nocifs pour l’environnement et l’Homme. Dans le cadre d’une viticulture plus durable, il est nécessaire de développer des solutions alternatives/complémentaires, avec par exemple l’utilisation de biopesticides (composés naturels antimicrobiens). Chez la vigne, les stilbénoïdes, et plus particulièrement les stilbènes stricto sensu, sont considérés comme des phytoalexines car dotés d’activités antimicrobiennes envers de nombreux agents pathogènes. Ces polyphénols peuvent être induits suite à des stress mais sont aussi accumulés de manière constitutive dans la plante surtout dans les parties ligneuses, comme les sarments considérés comme coproduits de la viticulture. Des extraits enrichis en stilbénoïdes et obtenus depuis de tels coproduits, permettant ainsi leur valorisation, pourraient être utilisés comme des biopesticides. Cependant, lorsqu’appliqués au vignoble, leurs activités antimicrobiennes sont moindres, probablement en raison de l’instabilité des stilbènes en conditions environnementales. Le rayonnement solaire et des enzymes fongiques ont notamment été identifiées comme des facteurs compromettant la stabilité de certains stilbénoïdes. De ce fait, l’objectif de cette thèse était i) d’étudier la stabilité des stilbénoïdes d’un extrait de sarments face aux UV-A (facteur abiotique) et aux laccases de B. cinerea (facteur biotique), (ii) d’évaluer les conséquences de l’action de ces 2 facteurs sur le potentiel antimicrobien des stilbénoïdes envers P. viticola et B. cinerea et iii) de rechercher des méthodes de protection pour assurer la stabilité des stilbénoïdes. Les résultats révèlent que la majorité des stilbénoïdes de l’extrait, tous des stilbènes, sont dégradés par les UV-A. Par une étude sur molécules pures avec la trans-ɛ-viniférine et le trans-resvératrol, deux molécules majeures de l’extrait de sarment, nous avons noté que les photo-transformations commencent par l’isomérisation des composés suivie de leur oxydation menant à des structures phénanthréniques. Après exposition aux UV-A, l’extrait de sarments présente une diminution drastique de ses activités antimicrobiennes sur P. viticola et dans une moindre mesure sur B. cinerea. Pour limiter l’impact négatif des UV-A, deux approches de photoprotection des stilbènes ont été étudiées : combinaison de l’extrait de sarments avec des flavonoïdes et émulsification de l’extrait. Ainsi, les stilbènes ont été protégés durant les premières minutes d’exposition, en corrélation avec une conservation partielle de l’activité anti-mildiou. Dans un second temps, l’objectif était d’améliorer la stabilité des stilbènes de l’extrait en présence de laccases de B. cinerea, enzymes oxydant les stilbènes. Des tanins de pépins de raisin, rapportés comme inhibiteurs de laccases dans le vin, ont montré une capacité d’inhibition de l’activité des laccases supérieure à celle des stilbénoïdes. Parmi les stilbénoïdes, les stilbènes s.s. ont été les seuls à être biotransformés par les laccases et dans une moindre mesure en présence de tanins, en corrélation avec un léger gain d’activité anti-mycélienne. Enfin, différents extraits de tanins ont été évalués pour leur potentiel antimicrobien sur le mildiou. Les résultats soulignent que les extraits de tanins de pépins de raisin (tanins condensés) sont les plus inhibiteurs sur le développement de l’oomycète. De plus, l’activité inhibitrice de ces extraits a aussi été évaluée sur la libération des sporanges et la mobilité des zoospores.

Grapevine (Vitis vinifera L.), a crop of major economic importance throughout the world, is susceptible to numerous diseases that cause damage to the plant and its fruits, leading to losses in yield and wine quality. Downy mildew (Plasmopara viticola) and grey mold (Botrytis cinerea) are among the most damaging diseases. They are traditionally controlled by the use of synthetic or copper-based pesticides, which are both harmful to the environment and humans. For a more sustainable viticulture, it is necessary to develop alternative/complementary solutions, such as the use of biopesticides (natural antimicrobial compounds). In grapevine, stilbenoids, and more specifically stilbenes stricto sensu, are considered to be phytoalexins, as they display antimicrobial activities against numerous pathogens. These polyphenols can be induced following stresses, but are also constitutively accumulated in the plant, especially in woody parts such as canes which are co-products of viticulture. Extracts enriched in stilbenoids and obtained from such co-products, allowing them to be valorized, could be used as biopesticides. However, when applied in the vineyard, their antimicrobial activities are reduced, probably due to the stilbene instability under environmental conditions. Solar radiation and fungal enzymes have been identified as factors compromising the stability of certain stilbenoids. Therefore, the aim of this thesis was i) to study the stability of stilbenoids in a cane extract when exposed to UV-A (abiotic factor) and when in contact to B. cinerea laccases (biotic factor), ii) to assess the consequences of the action of these 2 factors on the antimicrobial potential of stilbenoids towards P. viticola and B. cinerea, and iii) to explore protection methods to ensure the stilbenoid stability. The results reveal that the majority of the stilbenoids in the extract, all stilbenes, were degraded by UV-A. Through a study on pure molecules including trans-ε-viniferin and trans-resveratrol, two major molecules of the cane extract, we noted that photo-transformations began with compound isomerization followed by oxidation leading to phenanthrenic structures. After UV-A exposure, the cane extract showed a drastic reduction in its antimicrobial activity against P. viticola and, to a lesser extent against B. cinerea. To limit the negative impact of UV-A, two approaches for photoprotecting stilbenes were studied: combination of the cane extract with flavonoids and emulsification of the extract. As a result, stilbenes were protected during the first minutes of exposure, in correlation with a partial maintenance of anti-mildew activity. Subsequently, the aim was to improve the stability of stilbenes in the presence of B. cinerea laccases, stilbene-oxidizing enzymes. Grape seed tannins, known as laccase inhibitors in wine, showed a greater capacity to inhibit laccase activity than stilbenoids. Among stilbenoids, only stilbenes s.s. were biotransformed by laccases, and to a lesser extend in the presence of tannins, in correlation with a slight gain in anti-mycelial activity. Finally, various tannin extracts were evaluated for their antimicrobial potential against downy mildew. The results highlight that grape-seed tannin extracts (condensed tannins) were the most inhibiting of oomycete development. In addition, the inhibitory activity of these extracts was also evaluated on sporangia release and zoospore mobility.