Blanc SVSE 5 - Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques

Production d’oligogalacturonides spécifiques par action des pectine méthylestérases. Une alternative en phytoprotection. – GALAPAGOS

Les oligogalacturonides, une alternative en phytoprotection.

L’objectif global du projet est de comprendre la relation entre la structure d’oligomères pectiques et leurs propriétés vis-à-vis de la réponse des plantes à des pathogènes et du contrôle de la croissance des plantes.

Déterminer les relations structure-fonction d’oligogalacturonides

Le projet, par des approches multidisciplinaire (chimie de la paroi, biochimie des protéines, interaction plantes-pathogènes, régulation de l’expression des gènes…), permettra une avancée majeure dans le domaine en mettant à disposition des OGs totalement caractérisés vis-à-vis de leur structure et de leurs propriétés. Les OGs actuellement commercialisés et utilisés correspondent à des mélanges de différents DP/DM ne permettant pas d’affiner, par exemple, la spécificité d’élicitation des phénomènes de défense en fonction d’un pathosystème donné.

Le projet est organisé autour de quatre tâches : i) purification et la caractérisation de substrats pectiques modèles, ii) Production et purification des pectine methylestérases (PMEs) en utilisant différents types de systèmes hétérologues (Plante, Pichia), iii) Evaluation du mode d’action des PME produites dans la tâche, iv) Evaluation des propriétés des OGs produits vis-à-vis de l’élicitation des défenses de plantes vis-à-vis de pathogènes.

Production d’oligomère pectiques bien caractérisés.
Production et purification de trois pectine méthylesterases d’Arabidopsis ; tests de leurs mode d’action.

Le projet, par la diversité de ses approches, permettra de relier la structure d’un oligogalacturonide (OG) à ses propriétés fonctionnelles. C’est un élément majeur permettant de mieux comprendre le rôle de ces molécules dans les phénomènes de signalisation chez les plantes et d’évaluer des applications potentielles, notamment au niveau traitement des cultures. Les lettres de soutien d’organismes professionnels (Comité Nord Plants de Pomme de Terre, Bureau International des Vins de Bourgogne) reflètent l’intérêt du tissu socio-économique pour ces aspects dans le cadre du Grenelle de l’Environnement (Eco-Phyto2018). Un des enjeux majeurs des années à venir est de trouver des alternatives viables pour limiter les traitements phytosanitaires des cultures.

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Les pectines, polysaccharides complexes de la paroi végétale, jouent un rôle majeur dans le développement des plantes. Les pectines sont par ailleurs largement utilisées dans l’industrie agro-alimentaire et pharmaceutique (par ex. comme agent gélifiant ou hydrogels pour médicaments). Les homogalacturonanes (HG), qui constituent l’un des composant majeurs des pectines, correspondent à un polymère linéaire d’acides D-galacturoniques liés en of alpha-(1-4) qui peuvent être méthylestérifiés en C6. Ceci détermine le degré de méthylestérification (DM) des HG qui est modulé au sein de la paroi végétale par les pectine méthylestérases (PMEs, famille multigénique de 66 membres) contrôlant ainsi la sensibilité du polymère à la dégradation par des enzymes spécifiques générant des oligogalacturonides (OGs). Les propriétés des OGs formés à partir d’homogalacturonanes sont liées à leur : i) degré de polymérisation (DP), ii) degré de méthylestérification et iii) répartition des méthylesters. Au sein de la plantes, les OGs sont notamment impliqués dans l’élicitation des défenses des plantes vis-à-vis de pathogènes bactériens et fongiques, une propriété qui permet d’envisager l’utilisation de produits dérivés de biomasse pour la protection des plantes. Cette approche repose toutefois sur la nécessité d’une meilleure connaissance de la structure des OGs, et de la spécificité et du mode d’action des enzymes qui permettent de les dessiner. Une telle démarche est aujourd’hui indispensable dans le contexte actuel de réduction des produits chimiques utilisés en phytoprotection (Grenelle de l’Environnement, EcoPhyto-2018).
Basé sur des résultats préliminaires montrant la relation entre la strcuture des OGs et leurs propriétés biologiques, et en utilisant la spécificité biochimique des PMEs, le projet fournira un moyen de contrôler de manière spécifique la répartition des méthylesters sur les HGs. En utilisant ces outils, le projet permettra de produire des OGs purifiés de degré de polymérisation et degré/répartition de méthylestérification spécifiques. Ceci permettra de relier la structure des OGs à leurs propriétés. En particulier, afin de comprendre le rôle fonctionnel et d’évaluer les applications possibles de ces OGs, leurs effets seront testés vis-à-vis de : i) la réponse des plantes à des pathogènes fongiques et bactériens ainsi qu’à des aphides et ii) la modulation de la croissance des plantes. Le premier point concernera notamment une plante modèle (Arabidopsis) et des plantes d’intérêt agro-économique (vigne et pomme de terre). L’activité prébiotique des OGs sera par ailleurs testée dans le cadre d’une collaboration externe.
Le projet permettra, par une approche intégrée et multidisciplinaire de relier la structure fine d’oligomères pectiques à leurs applications potentielles. Ce projet implique trois partenaires (Univ. Amiens, INRA Nantes, Univ./INRA Dijon) possédant des compétences complémentaires et un collaborateur externe (Univ. Reading). Le développement expérimental proposé s’inscrit dans les axes de trois pôles de compétitivité (Industrie Agro-Ressources, Végépolys and VITAGORA) et est tendra à déboucher sur les applications potentielles soulignées par les lettres de support jointes au dossier (Cargill, Comité Nord, BIVB).

Coordinateur du projet

Monsieur Jérôme Pelloux (EA3900 BIOPI - BIOLOGIE DES PLANTES ET INNOVATION) – jerome.pelloux@u-picardie.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BIA UR 1268 BIA Biopolymères - Interactions - Assemblages
TGU AGROECOLOGIE TGU Agroécologie, Pôle Mécanisme et Gestion des Interactions Plantes-microorganismes, INRA/Université de Bourgogne/AgroSup Dijon/CNRS 6300
BIOPI EA3900 BIOPI - BIOLOGIE DES PLANTES ET INNOVATION

Aide de l'ANR 405 988 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 36 Mois

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