Évaluation de l'effet de produits de biocontrôles sur la plante traitée: devenir des résidus et réponse de la plante au traitement.

par Mélina Ramos

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Cédric Bertrand et de Emilio Montesinos.

Thèses en préparation à Perpignan en cotutelle avec l'Université de Gérone , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement , en partenariat avec Centre de recherches insulaires et observatoire de l'environnement (laboratoire) et de Du gène à la molécule une approche intégrative pour l'étude du récif corallien (equipe de recherche) depuis le 15-02-2018 .


  • Résumé

    Une utilisation plus durable des produits phytosanitaires (PPPs) est plébiscitée par les gouvernements de l'Union Européenne (UE). Chaque pays de l'UE encourage le développement d'alternatives pour réduire l'utilisation des PPPs chimiques, comme les produits de biocontrôle (BPs) qui sont des PPPs d'origine naturelle. Ces BPs sont des mélanges complexes ou des souches microbiennes difficiles à détecter et à suivre dans les matrices environnementales, de plus ils présentent des modes d'action qui ne sont pas entièrement décrits. Ainsi, de plus amples connaissances sont nécessaires pour mieux utiliser et réguler ces BPs. C'est pourquoi cette thèse porte sur la caractérisation de l'effet des BPs sur les plantes traitées. Pour cela, le devenir des résidus de BPs et la réponse des plantes au traitement sont étudiés. L'expression génétique et le contenu métabolique ont été analysés afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'effica cité des BPs et comment ils interagissent avec la plante et l'environnement. Au cours de ces investigations, deux BPs en cours de développement ont été étudiés, un extrait botanique (Akivi, AkiNaO) et une souche bactérienne (Bacillus UdG, UdG) qui ont montré des résultats d'efficacité prometteurs au champ. Tout d'abord, un nouvel outil a été mis au point pour étudier le devenir des résidus ; il est basé sur une approche innovante (Environmental Metabolic Footprinting, EMF) développée au laboratoire sur sols et sédiments pour étudier l'impact de BPs sur l'environnement. L'EMF a été optimisé au cours de la thèse pour être adapté à la matrice fruits (peaux de pêches) et pour cibler les résidus en comparant des échantillons traités et non traités. L'EMF optimisé s'est avéré fiable pour le suivi de la dissipation des résidus de BPs sur les peaux de pêches. L'approche est actuellement testée sur d'autres matrices végétales pour étendre son utilisation, même si elle doit encore être amélior ée pour mieux maîtriser la variabilité induite par les expériences au champ. Deuxièmement, la réponse des plantes aux traitements (Akivi ou Bacillus UdG) à l'échelle des transcrits et des métabolites a donné un aperçu des modes d'action potentiels de ces BPs candidats. Le séquençage de l'ARN a fourni des informations sur l'expression différentielle des gènes après traitement avec les BPs par rapport aux contrôles non traités. De plus, la qPCR a permis de quantifier l'expression des gènes de la plante. Ces informations ont été complétées par une analyse métabolique (phytohormones, phénols et acides organiques). De solides indices ont été trouvés en faveur de l'hypothèse de stimulation des défenses de la vigne après les traitements mais de plus amples recherches seront nécessaires pour confirmer ces premiers résultats. Des gènes marqueurs du traitement ont été identifiés pour chaque BP, ces marqueurs pourraient être utilisés comme marqueurs d'efficacité dans des recherches ultérieures . Cette thèse a utilisé les techniques de transcriptomique ainsi que de métabolomique pour mieux comprendre l'interaction entre les BPs et la plante traitée. Un nouvel outil prometteur pour suivre les résidus de BPs sur les plantes traitées a également été développé et il pourrait, à termes, être utilisé dans les processus règlementaires.

  • Titre traduit

    Characterization of biocontrol products' effect on treated plants: residues fate and plant response.


  • Résumé

    A more sustainable use of plant protection products (PPPs) is promoted by European Union governments. Indeed, each country is encouraging the development of chemical PPPs complements and alternatives in order to reduce their use. From this initiative, PPPs from natural sources are promoted, namely biocontrol products (BPs). These new BPs are complex mixtures or microbial strains that are difficult to monitor in environmental matrices. Besides, they present modes of action that are not fully understood; for instance, they can enhance plant defense mechanisms against the infection that can trigger plant resistance to the pathogen. More knowledge is therefore needed to better use and regulate these BPs. Thus, this thesis focuses on (1): the characterization of BPs effect on treated plants through the study of their residues fate and (2): the plant response to the treatment; in order to better understand the mechanisms involved in BPs effica cy and how they interact with the plant and the environment. Along the investigations, two BPs candidates currently in development were studied, a botanical extract (Akivi, AkiNaO) and a bacterial strain (Bacillus UdG, UdG) that gave promising field efficacy results. Firstly, a new tool was developed to study residues fate; it is based on an innovative approach (Environmental Metabolic Footprinting, EMF) developed in the lab on soil and sediments to study the impact of BPs on the environment. EMF was optimized during the thesis to be adapted to fruit matrix (peach peels) and to target xenometabolome (residues fate) comparing treated and untreated samples. Optimized EMF was proven reliable for BPs residues dissipation monitoring on peach peels, and it is currently tested on other plant matrices to extend its use, even if the approach still needs to be improved to overcome field experiments variability. Secondly, plant response to the treatments (Akivi or Bacillus UdG) at transcripts a nd metabolites levels gave insights on modes of action of these BPs candidates. RNA sequencing gave data about the different gene expression following treatments with BPs compared with the untreated controls. Furthermore, qPCR enabled a quantification of the plant genes response. That information was completed with metabolic analysis (phytohormones, phenols, and organic acids). Strong hints were found on grapevine defense induction by the treatments, but further investigations will be necessary to confirm these first results. For each BP treatment, genes markers were identified; these markers could be used as efficacy markers for further investigations. This thesis used transcriptomics together with metabolomics to better understand the interaction between the BPs and the treated plant; it also allowed the development of new promising tools to monitor BPs residues on treated plants that could be used for regulation processes.