Défenses naturelles des plantes : identification de nouveaux stimulateurs de défenses des plantes (SDP) capables d'améliorer la résistance du lin contre le champignon Fusarium oxysporum
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Abstract EN:
Plants are surrounded by a diverse range of microorganisms that can cause serious crop losses and requires the use of pesticides. Flax is a major crop in Normandy and is regularly challenged by the pathogenic fungus Fusarium oxysporum (Fo) f. Sp. Lini. In order to protect themselves, plants use “innate immunity” called M/PTI (Microbe/Pathogen-Associated Molecular Patterns Triggered Immunity) as a first defense line against pathogens. Plants are able to perceive pathogens by the recognition of conserved motifs on the surface of the pathogens (M/PAMPs), by transmembrane protein receptors (PRRs, Pattern Recognition Receptors). The use of elicitors able to mimic M/PAMPs and activate plant defense may be an alternative for plant protection that could minimize the use of pesticides. Based on this, previous work was conducted by screening a chemical library of 1600 compounds and has allowed the identification of five compounds able to activate defense responses in Arabidopsis thaliana. During my PhD thesis, we tested those five compounds on their abilities to improve resistance of two commercially available flax varieties used for their fibers against F. Oxysporum, responsible of the vascular wilt. The data show that two of them, holaphyllamine (HPA) a natural compound and M4 a synthetic one, did not affect flax growth up to 10 μM. In addition, they did not have any negative effects on F. Oxysporum development and spores germination at the tested concentrations (up to 10 μM). Cell imaging analyses showed that HPA and M4 at 1 μM can induce oxidative burst as well as callose deposition in flax, a well-known marker of PAMP-elicited defense mechanisms. Furthermore, transcriptomic analyses showed that HPA and M4 induced changes in the expression patterns of two pathogenesisrelated (PR) genes (PR-2 and PR-3) coding for a β-(1,3)-glucanase and an endo-chitinase, respectively. These enzymes can degrade the fungal cell wall and stop its growth. Finally, flax plants pre-treated with HPA and M4 before infection with Fo f. Sp. Lini exhibited a decrease in the foliar disease symptoms by more than 50 % and 70 %, respectively. Together, these findings demonstrate that HPA and M4 are elicitors as they are able to activate defense responses in flax plants that lead to improving its resistance against Fo infection.
Abstract FR:
Les plantes de grandes cultures, dont le lin fait partie, sont constamment confrontées à de nombreux pathogènes dont l’impact sur la production peut s’avérer dramatique, impliquant inéluctablement des intrants chimiques. Pour lutter contre ces microorganismes, les plantes utilisent l'immunité innée appelée M/PTI (Microbe/Pathogen-Associated Molecular Patterns Triggered Immunity). La perception des agents pathogènes se met en place lors de la reconnaissance des motifs conservés à la surface des micro-organismes (M/PAMPs), par des protéines membranaires de la cellule végétale appelées PRRs (Pattern Recognition Receptors). L’utilisation d’éliciteurs capables de mimer les M/PAMPs et d’améliorer la résistance des plantes lors d’un stress représente une méthode de lutte alternative à l’utilisation de pesticides. Ainsi, le criblage d’une chimiothèque de 1600 molécules a permis d’identifier cinq composés capables d’activer la mise en place des mécanismes de défense chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Dans le cadre de mon projet de thèse, nous avons testé la capacité de ces cinq potentiels stimulateurs de défense des plantes (SDP) à améliorer la résistance du lin face au champignon pathogène Fusarium oxysporum (Fo) f. Sp. Lini, responsable de la fusariose vasculaire. Les résultats ont révélé que parmi ces cinq, deux composés, un naturel holaphyllamine (HPA) et un synthétique M4, n’affectent ni la croissance des plantules de lin aux concentrations inférieures à 10 μM, ni le développement et la germination des spores de F. Oxysporum. Les analyses microscopiques ont montré que HPA et M4 à 1 μM sont capables d’induire un stress oxydatif et la production de dépôts de callose. Par ailleurs, des analyses transcriptomiques ont révélé que ces deux molécules induisaient l’expression de deux gènes de défense (Pathogenesis-Related) : PR-2 et PR-3 codant une β-(1,3)-glucanase et une endo-chitinase, respectivement pouvant être impliquées dans la dégradation de la paroi du champignon. Finalement, les plantes de lin prétraitées avec HPA ou M4 présentent une diminution dans l’intensité des symptômes foliaires de plus de 50 et 70 %, respectivement. L’ensemble de ces résultats montre que l’HPA et M4 sont des SDP car ils sont capables d’activer les mécanismes de défense du lin et d’améliorer sa résistance face à F. Oxysporum.