Etude des compos?s ph?noliques impliqu?s dans la r?ponse des feuilles de vigne au mildiou

par S?bastien Bellow

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Zoran G. Cerovic.

Le président du jury était Michel Dron.

Le jury était composé de Zoran G. Cerovic, Michel Dron, Claus Buschmann, Philippe Jeandet, Corinne Laplace-Builhe, Gwendal Latouche.

Les rapporteurs étaient Claus Buschmann, Philippe Jeandet.


  • Résumé

    Ma?triser l?impact des maladies sur les cultures est un d?fi majeur de l?agriculture moderne. Cette pr?occupation est un aspect important de l?optimisation de la productivit?, notamment en viticulture. En France, le mildiou de la vigne caus? par Plasmopara viticola est une des maladies cryptogamiques responsable des ?pid?mies les plus d?vastatrices et les plus redout?es. Les traitements reposent sur l?utilisation pr?ventive, syst?matique et on?reuse de compos?s chimiques antifongiques dont l?utilisation massive constitue un risque ? la fois pour l?homme et l?environnement. La r?duction de l?utilisation de fongicide implique le d?veloppement d?outils de diagnostic au champ, qui requiert la compr?hension des interactions entre la plante et les agents pathog?nes. Les travaux de cette th?se pluridisciplinaire ont port? sur le pathosyst?me Plasmopara viticola - Vitis vinifera, notamment pour r?pondre ? l?int?r?t croissant pour un outil de diagnostic en temps r?el de la maladie utilisable au vignoble. Les stilb?nes sont des phytoalexines impliqu?s dans la d?fense de certaines plantes sup?rieures vis-?-vis de stress biotiques et abiotiques. L?autofluorescence de ces compos?s ph?noliques, dont la biosynth?se est induite dans les feuilles de vigne par P. viticola, en fait un potentiel marqueur naturel de l?infection. En effet, la faible autofluorescence bleu-verte des feuilles de vigne saines est consid?rablement renforc?e par l?autofluorescence violet-bleue des stilb?nes ? la surface de feuilles de vigne infect?e par P. viticola. Cette ?tude a montr? que quelque soit le niveau de r?sistance du g?notype, l?autofluorescence violet-bleue des stilb?nes induit par l?infection est pr?sente au niveau des parois des cellules de l??piderme. En dehors de la concentration, la viscosit? s?est r?v?l? ?tre la principale variable physico-chimique influen?ant l?intensit? de l?autofluorescence des stilb?nes dans les diff?rents compartiments cellulaires des feuilles de vigne. Ceci explique la fluorescence intense des parois, particuli?rement rigides, des cellules de garde (stomates) des feuilles infect?es. Le suivi cin?tique journalier a r?v?l? la nature transitoire de l?autofluorescence des stilb?nes lors de l?infection. La robustesse et l?int?r?t de ce signal a ?galement ?t? valid?e par la mesure ? diff?rentes ?chelles (de la cellule ? la feuille enti?re) et avec diff?rentes m?thodes fluorim?triques. Les r?sultats de ce travail ont permis des avanc?es sur la connaissance du r?le de compos?s ph?noliques induits et constitutifs dans la d?fense contre P. viticola. En plus de la localisation de l?autofluorescence des stilb?nes en surface des feuilles, la microscopie confocale coupl?e ? la microspectrofluorimetrie a r?v?l? diff?rentes localisations de ces phytoalexines dans la profondeur des tissus en corr?lation avec le niveau de r?sistance des g?notypes. L?utilisation de l?autofluorescence des stilb?nes comme marqueur de l?infection a permis de mettre en ?vidence : 1) le fait que les flavonols constitutifs des feuilles de V. vinifera retardent le d?veloppement de l?infection par P. viticola; et 2) le fait que les acides hydroxycinnamiques constitutifs ne semble pas participer ? la d?fense contre P. viticola. Enfin, une nouvelle m?thode de diagnostic non-destructive du mildiou sur feuille bas?e sur l?autofluorescence des stilb?nes a ?t? d?velopp?e. Elle a montr? une d?tection pr?-symptomatique du mildiou sur les feuilles de vigne enti?res d?s le premier jour apr?s l?infection sur la face abaxiale et le troisi?me jour sur la face adaxiale. Cette m?thode de diagnostic du mildiou a ?t? valid?e au laboratoire notamment gr?ce ? un prototype de capteur proximal d?velopp? en collaboration avec la soci?t? Force-A. La validation de la m?thode au vignoble dans le cadre d?infection naturelle est la prochaine ?tape pour une utilisation de ce capteur optique dans le cadre de l?agriculture durable et de la s?lection vari?tale.

  • Titre traduit

    Study of phenolic compounds involved in the response of grapevine leaves to downy mildew


  • Résumé

    Controlling the impact of diseases on crops is a major challenge of modern agriculture. This concern is an important aspect of optimizing productivity, notably in viticulture. In France, downy mildew caused by Plasmopara viticola is a fungal disease responsible for the most devastating epidemics. The preventive and systematic treatments are expensive, while the massive use of antifungal chemicals is a risk to both humans and the environment. Reducing the use of fungicide involves the development of diagnostic tools in the field, which requires understanding the interactions between plants and pathogens. The work of this multidisciplinary thesis focused on the pathosystem Plasmopara viticola - Vitis vinifera, especially to meet the growing interest in a real-time diagnostic tool of disease applicable in the vineyard. Stilbenes are phytoalexins involved in the defense of certain higher plants against biotic and abiotic stresses. The autofluorescence of these phenolic compounds, whose biosynthesis is induced in grapevine leaves by P. viticola, makes it a potential marker of natural infection. Indeed, the low blue-green autofluorescence of grapevine leaves is greatly enhanced by the violet-blue autofluorescence of stilbenes on the surface of leaves infected by P. viticola. This study showed that whatever the level of resistance in various genotypes, violet-blue autofluorescence induced by stilbene is present in the walls of epidermal cells. In addition to their concentration, viscosity proved the main physico-chemical variable affecting the intensity of the autofluorescence of stilbenes in different compartments of vine leaves. This explains the intense fluorescence of the walls, particularly rigid, of guard cells (stomata) of infected leaves. Daily monitoring revealed a kinetic with a transient rise of the autofluorescence of stilbenes during infection. The robustness and value of this signal was also validated by measuring at different levels (cellular to whole leaf) and with various fluorimetric methods (imaging, spectroscopy, proximal sensing). These results advance our understanding of the role of constitutive and induced phenolic compounds in plant defence against P. viticola. In addition to a common location of the autofluorescence of stilbenes on the leaf surface, confocal microscopy coupled with microspectrofluorometry revealed distinctive localizations of these phytoalexins in the deep tissue correlated with the level of resistance in genotypes. This aspect no doubt needs broader testing. The use of autofluorescence of stilbene as a marker of infection allowed us to ascertain that: 1) constitutive flavonols of the leaves of V. vinifera retard the development of infection by P. viticola and 2) the constitutive hydroxycinnamic acids do not seem to participate in the defence against P. viticola. Finally, a new method for the non-destructive diagnosis of leaf infection based on the autofluorescence of stilbenes has been developed. We have demonstrated a pre-symptomatic detection of downy mildew on whole grape leaves from the first day after infection on the abaxial surface and from the third day on the adaxial surface. This method of diagnosis has been validated in the laboratory thanks to a proximal sensor prototype developed in collaboration with the company Force-A. The validation of the method in the vineyard in a context of natural infections is the next step for use of this optical sensor as a tool for sustainable agriculture and for genetic screening.


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