Stimuler les défenses des plantes contre botrytis cinerea par des rayonnements UV-C

Les pesticides, notamment les fongicides, sont utilisés pour détruire à la source les agresseurs biotiques qui menacent les plantes et la productivité des cultures. Les pesticides sont généralement efficaces, en tout cas à court terme, mais différentes raisons doivent nous amener à limiter voire supprimer leur usage. Les pesticides sont en effet à l’origine de pollutions très néfastes pour l’environnement et les consommateurs, et leur utilisation augmente les coûts de production (Chaves and Wang, 2004; Legard et al., 2005; Lizcano, 2007). Par ailleurs, les maladies et les ravageurs réussissent presque toujours à développer des résistances qui obligent à développer en permanence de nouvelles molécules dans une fuite en avant sans fin. Depuis un certain nombre d’années, une nouvelle stratégie alternative se développe. Elle vise non plus à détruire les agresseurs biotiques pour protéger les cultures mais à admettre un certain niveau d’agression en stimulant les défenses ʺnaturellesʺ des plantes dans le cadre d’une stratégie de gestion des maladies et des ravageurs authentiquement durable (Osorio et al., 2007). On parle de stimulateurs de défenses des plantes (SDP) ou stimulateurs des défenses naturelles des plantes (SDN) qui ont une origine naturelle ou non. De nombreuses spécialités commerciales sont proposées, dotées de spectres d’action plus ou moins larges (Butault et al., 2010). Les SDP connus sont des agents de synthèse chimique ou des produits d’extraits biologiques. Dans tous les cas, ils posent des problèmes de formulation et peuvent exiger des études de toxicité qui rendent leur développement coûteux. A l’heure actuelle, on pense que c’est une combinaison de solutions plutôt qu’une solution unique qui permettra de gérer la question des défenses des cultures contre les maladies. Il y aurait beaucoup d’intérêt à développer des SDP physiques dans la mesure où ils complèteraient bien les SDP chimiques et biologiques. Par ailleurs, les SDP physiques ne posent a priori pas de problèmes de formulation ni de toxicité environnementale et humaine (Benhamou and Picard 1999; Blanchard and Limache 2005; Piasentin 2009; Benhamou and Rey 2012).

Parmi les facteurs physiques susceptibles de stimuler les défenses des plantes, on a identifié depuis longtemps le manque d’eau, les températures excessivement élevées ou basses. Plus récemment, les nombreux travaux réalisés dans le cadre de la thématique du changement climatique ont confirmé le rôle stimulant pour les défenses des plantes des rayonnements UV-B (Tsormpatsidis et al, 2007). Malheureusement, exploiter les UV-B pose des problèmes concrets (Nogués et al, 1998). En général une exposition prolongée est requise pour être efficace et les expositions prolongées sont difficiles à imposer dans la pratique. D’où l’idée de ce projet d’exploiter les UV-C, plus fortement énergétiques, en lieu et place des UV-B, pendant des temps beaucoup plus courts, plus faciles à gérer (Hollósy 2002).

Dans leur environnement naturel, les plantes sont confrontées aux attaques de nombreux agents pathogènes. Pour s’opposer à ces agresseurs, les plantes possèdent et/ou développent plusieurs stratégies de défense. On distingue les résistances constitutives qui sont déterminées par des facteurs préexistants avant tout contact avec l’agent pathogène et les résistances induites qui se mettent en place à la suite de la rencontre des deux protagonistes . Toutes ces résistances sont contrôlées au niveau génétique, par un seul gène (résistance monogénique) ou par plusieurs gènes (résistance polygénique) (Biffen, 1905).

Bien que dépourvue d’un système immunitaire évolué, chaque plante n’est sensible qu’à quelques bioagresseurs: « la maladie est plutôt l’exception ». Les plantes possèdent des barrières mécaniques préformées, la cuticule et la paroi pectocellulosique qui leur confèrent une résistance constitutive passive. Dans le cas où l’agent pathogène est capable de franchir ces barrières, la plante peut induire des systèmes de défense, il s’agit d’une résistance active. Les mécanismes de défense active peuvent débuter par la réaction d’hypersensibilité (HR).

La réaction d’hypersensibilité est un mécanisme naturel de défense induite chez les plantes contre les pathogènes, se traduisant par une réaction localisée. Cette réaction de sensibilité exacerbée des cellules à l’infection est de forte intensité et de courte durée. Elle est le résultat d’un processus actif contrôlé génétiquement entraînant la mort programmée d’un nombre limité de cellules hôtes entourant le site d’infection et permet de circonscrire le pathogène et d’empêcher sa multiplication et sa migration. Cette réaction est le résultat d’une forte augmentation de la consommation d’oxygène et d’une production importante d’espèces réactives de l’oxygène (ROS: H2O2, HO-, O2- ). Ce burst oxydatif permet de catalyser le renforcement des barrières physiques mais il est aussi impliqué dans le signal des mécanismes de défense plus tardifs (activation des gènes codant pour les protéines liées à la pathogénie PR, inhibition de protéases…).

Les mécanismes de défense mis en place ne se limitent pas à la proximité du site d’infection. La plante développe une réponse systémique, état de résistance généralisé, qui permet de la protéger contre des attaques ultérieures de bioagresseurs. Cet état, proche de l’immunité animale, apparait quelques heures après la reconnaissance plante-pathogène et implique la diffusion du signal aux cellules saines à l’aide de messagers secondaires (Benhamou, 2009). Les messagers secondaires, alertent les cellules entourant la zone d’attaque et l’ensemble de la plante, et dévient leur métabolisme vers la lutte contre l’agression. Ces messagers sont de nature polysaccharidique et proviennent de la dégradation des parois du pathogène sous l’action des hydrolases de l’hôte ou de la dégradation des parois des cellules végétales hydrolysées par les enzymes du pathogène (Turelli et al., 1982). Le rôle des messagers secondaires est aussi attribué à des phytohormones comme l’éthylène, l’acide salicylique, l’acide jasmonique ou encore l’acide abscissique. Ces composés, qui sont le résultat de l’activation des gènes précoces, jouent un rôle dans l’induction de la résistance systémique acquise en activant à leur tour des gènes de défense tardifs et la production d’une diversité de composés issus du métabolisme secondaire, comme des protéines de défense et diverses phytoalexines (Ryals et al., 1996; Benhamou, 2009). Ces molécules et particulièrement les molécules phénoliques de petite taille ont aussi un rôle antimicrobien direct.

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Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre I: Synthèse bibliographique
A/ CONTEXTE GENERAL
B/ LES RESISTANCES AUX BIOAGRESSEURS CHEZ LES VEGETAUX
1/ La réaction d’hypersensibilité
2/ Les messagers de la défense
3/ Les réponses défensives à l’infection
3.1/ Renforcement des parois cellulaires
3.2/ Les protéines Pathogenesis-Related (protéines PR)
3.3/ Phytoalexines
C/ PRESENTATION DU PATHOGENE BOTRYTIS CINEREA
D/ MOYENS DE LUTTE
1/ La lutte chimique
2/ Les méthodes alternatives
2.1/ Pratiques culturales et mesures prophylactiques
2.2/ Contrôle physiologique
2.3/ Utilisation des outils génétiques
2.4/ Protection biologique
2.4.1/ Composés minéraux et organiques
2.4.2/ Extraits de plantes
2.4.3/ Agents microbiens
E/ LUTTE PHYSIQUE
1/ La lutte mécanique
2/ La lutte pneumatique
3/ La lutte thermique
4/ La lutte électromagnétique
5/ L’utilisation des rayonnements ultraviolets
Chapitre II : Les rayonnements UV-C, un moyen pour stimuler les défenses de la laitue en cours de culture contre Botrytis cinerea (Scientia Horticulturae 222: 32-39, 2017)
A/ ORIGINE ET DIVERSITE DE LA LAITUE
1/ Présentation
2/ Les différents cultigroupes de laitue et production
3/ Préférences pédo-climatiques et fertilisation
4/ Composition et conditions de conservation et de transport
5/ Principales maladies de la laitue
B/ PRE HARVEST HORMETIC DOSES OF UV-C RADIATION CAN DECREASE SUSCEPTIBILITY OF LETTUCE LEAVES (LACTUCA SATIVA L.) TO BOTRYTIS CINEREA L. RESUME
1/ Abstract
2/ Introduction
3/ Materials and methods
3.1/ Production of plant material and UV-C treatment
3.2/ Measurements of Chlorophyll (a) fluorescence using the Handy PEA
3.3/ Epidermal cells microscopy observations
3.4/ Chlorophyll and carotenoid contents
3.5/ Lipid peroxidation
3.6 Determination of total phenolic compounds
3.7/ Phenylalanine ammonia lyase activity
3.8/ Antioxidant enzyme activities
3.9/ Pathogen culture and inoculation tests on leaves
3.10/ Histopathological study
3.11/ Statistical analyses
4. Results
4.1/ Identification of a non-deleterious dose of UV-C
4.1.2. Microscopic observations of the epidermal cells
4.1.3. Determination of pigments and malondialdehyde
4.2/ Resistance to B. cinerea after irradiation with UV-C
4.2.1. Effect of a single exposure to UV-C radiation
4.2.2. Effect of four successive exposures to UV-C radiation
4.3/ Physiological plant responses of four successive doses of UV-C radiation
4.3.1. Parameters derived from chlorophyll fluorescence measurements
4.3.2. Pigments, malondialdehyde, total phenols and enzymatic activities
5. Discussion
CONCLUSION