Ingénierie de nouveaux oligosaccharides dérivés de la paroi végétale pour la protection des plantes – WALLDERIVE

Nous étudions deux pathosystèmes (plante/agent pathogène) qui sont les suivants : le blé/Zymospetoria tritici et la tomate/Botrytis cinerea. Les infections sont réalisées en laboratoire. Une vingtaine de variétés différentes de tomates et une dizaine de blé sont étudiées. Ces variétés résistent plus ou moins à leur agresseur respectif et lors de l’infection, des molécules sucrées de natures chimiques variées peuvent être libérées. L’approche est donc de comparer la production de molécules sucrées entre des plantes résistantes ou sensibles à l’attaque de l’agent pathogène et de corréler la présence de certaines molécules aux résultats des tests de phytopathologie. Nous allons par exemple sélectionner des molécules sucrées qui sont présentes en grande quantité dans les plantes résistantes aux agents pathogènes et absentes dans les plantes sensibles aux agents pathogènes.

Pour cela, les agents pathogènes sont mis en contact avec les plantes et les molécules sucrées sont ensuite identifiées par des méthodes de chimie analytique. Ces méthodes permettent tout d’abord de séparer les molécules dégradées en fonction de leur taille et d’obtenir les formules chimiques, et donc la structure de ces molécules.

Ensuite grâce aux métadonnées déjà disponibles, nous allons sélectionner les enzymes qui semblent le plus susceptibles d’être impliquées dans la production de ces molécules. Grâce à des approches de biochimie, ces enzymes seront produites et étudiées.

Enfin, grâce à ces enzymes, nous allons élaborer une stratégie pour mimer la production en laboratoire des molécules sucrées préalablement sélectionnées. Pour cela, nous allons identifier des substrats biosourcés grâce à l’entreprise Elicityl sur lesquels nous ferons agir nos enzymes. Les molécules ainsi libérées seront caractérisées, purifiées puis tester pour leur effet protecteur.

Les blés et les tomates ont été respectivement produits par l’équipe de Cyrille Saintenac et celle de Samantha Vernhettes. Nous avons tout d’abord analysé la composition des tissus de blé et de tomate. Puis nous avons identifié les molécules sucrées produites lors de l’attaque des différentes variétés de blé par Zymoseptoria tritici et également lors de l’attaque des différentes variétés de tomate par Botrytis cinerea. La comparaison des variétés nous a permis de montrer l’existence d’un large éventail de molécules sucrées et que la nature des molécules est corrélée à la variété étudiée donc aux caractéristiques chimiques du tissu végétal. Nous avons également montré que les agents pathogènes adaptent leur machinerie cellulaire en fonction des variétés de plantes rencontrées de façon à optimiser leurs infections et aboutir à la dégradation des tissus végétaux. Nous avons déjà sélectionné deux types de molécules pour la protection de la tomate et nous sommes en train d’analyser les données pour trouver plus de molécules pour la tomate et le blé. Pour la première molécule, nous sommes en train d’établir un processus de production. Pour cela, l’entreprise Elicityl nous a produit plusieurs types de substrats et l’équipe de Jérôme Pelloux a produit plusieurs enzymes qui seront mélangées avec ces substrats pour mimer la production de cette molécule.

Dans l’équipe de Samantha Vernhettes, nous avons également produit une enzyme de Botrytis cinerea qui est capable de produire des molécules sucrées non décrites jusqu’à présent. Cette nouvelle enzyme va permettre de produire de nouvelles molécules ayant potentiellement de nouvelles activités biologiques. Ce travail a fait l’objet d’une publication récemment acceptée.

Nous allons continuer à identifier des molécules sucrées qui sont produites dans les deux pathosystèmes étudiés. Pour cela, les équipes de Cyrille Saintenac et de Samantha Vernhettes continuent à produire des feuilles de différentes variétés de blé et de tomate à différents stades.

Nous allons continuer à tester les substrats fournis par Elicityl. Elicityl est en train d’améliorer la qualité de leurs substrats. L’équipe de Jérôme Pelloux produit de nouvelles enzymes d’origine fongique et caractérise leurs activités. Nous devons mettre en place des solutions pour purifier certaines molécules sucrées qui se trouvent parfois en mélange.

Nous sommes en train de mettre en place des tests de phytopathologie et de biologie moléculaire afin de pouvoir tester dans le futur l’activité élicitrice des mécanismes de défense de certaines molécules sucrées. Nous pourrons également tester l’activité des nouvelles molécules sucrées que nous avons identifiées.

Si une des molécules s’avère être très efficace contre la protection de Zymoseptoria tritici ou de Botrytis cinerea, nous proposerons un processus de production à plus grande échelle

La Commission européenne a proposé un plan visant à rendre notre système agricole plus durable et plus sûr. Dans ce contexte, les objectifs de WALLDERIVE sont d'identifier de nouveaux oligosaccharides issus de la dégradation de la paroi cellulaire végétale capables de protéger les plantes et de développer un processus industriel de production de ces derniers. Ce projet pluridisciplinaire réunit des spécialistes en glycobiologie (P1), en enzymologie (P2), en phytopathologie et génétique (P3) et un expert en production pilote de biomolécules (P4). Il exploitera la grande diversité des oligosaccharides produits lors de deux maladies majeures en Europe : la septoriose du blé (causé par Zymoseptoria tritici) et la pourriture grise chez la tomate (causée par Botrytis cinerea). La stratégie originale de WALLDERIVE réside dans la capacité des partenaires à analyser la diversité des oligosaccharides produits in planta et à identifier parmi eux, ceux capables d’activer les défenses des plantes grâce à des approches de génétique (comparaison de plantes résistantes et sensibles au pathogène étudié) et des modèles mathématiques. Afin de produire ces oligosaccharides d’intérêt, une approche systématique sera utilisée. Nous mimerons in vitro le processus de dégradation de la paroi qui a lieu au cours de l’infection, en utilisant notamment des substrats biosourcés spécifiques et en combinant plusieurs activités enzymatiques fongiques. Des essais biologiques seront mis en place en serre et en champ pour valider les activités élicitrices des oligosaccharides. Les résultats devraient i/ générer un répertoire d'enzymes fongiques utiles pour la déconstruction de la biomasse et ii/ proposer une production à l'échelle pilote de molécules bioactives stimulant les mécanismes de défense basale contre des agents pathogènes responsables des principales maladies en Europe. In fine, WALLDERIVE conduira au développement d'un ou de plusieurs produit(s) phytopharmaceutique(s) de biocontrôle.