Interactions plantes pathogénes et symbiotes Resp. C. Robaglia

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1 Interactions plantes pathogénes et symbiotes Resp. C. Robaglia Pathologie végétale générale Symbiotes et Rhizosphére (T. Heulin, CEA/CNRS Cadarache) Reaction Hypersensible et gènes de résistance, reconnaissance des pathogènes et évolution Résistance systémique (SAR, ISR) Spécificités des virus des plantes

2 Interactions plantes, microorganismes, pathogènes et symbiotes Symbiotes: bactéries fixatrices d azote (rhizobium, frankia) Champignons ecto et endo mycorhiziens Pathogènes Bactéries, virus, champignons Prédateurs, Parasites Insectes, Nématodes, autres plantes (striga, gui etc)

3 Pathogènes des plantes Champignons Bactéries/mycoplasmes Virus vecteurs Nématodes Insectes

4 Production réelle et pertes estimatives de huit récoltes de 1988 à 1990, par parasite et par région (en billions$ US) Causes des pertes Région Production réelle Pathogènes Insectes Adventices Total Afrique Amérique du Nord Amérique Latine Asie Europe Source: E. Oerke et al., Crop production and crop protection: Estimated losses in major food and cash crops (Production et protection des cultures : pertes estimatives des principales cultures vivrières et de rapport) (Amsterdam, Elsevier, 1995). Marché des pesticides: 30 milliards $/an Malgré les progrès de la lutte intégrée, on estime que les pertes avant et après récoltes causées par l'ensemble des ravageurs avoisine 30%, le même pourcentage qu'au début du siècle (1999).

5 Pathogénes: à la récolte Au stockage Rhizoctonias de la carotte

6 Stratégies utilisées par les pathogènes Nécrotrophes: enzymes dégradant la paroi, destruction du tissu, macération, spectre d hôte large, ex: erwinia, botrytis (en général trés large spectre d hôte) botrytis 1000 espéces Biotrophes: contact intracellulaire avec les cellules végétales, les cellules restent vivantes, spectre d hôte étroit parfois une seule espéce, ex: rouilles fongiques, virus, nematodes endoparasites, pseudomonas Hemibiotrophes: Phase biotrophe initiale puis nécrotrophe, spectre intermédiaire, phytophtora infestans ->famine en Irlande en 1847

7 Champignons espéces connues: 2% pathogènes des plantes caractéristiques des champignons biotrophes (ex rouilles) structures d infection développées activité secrétoire limitée (enzymes lytiques) membranes du champignon et de la plantes séparées (interface riche en carbohydrates et protéines présence d haustoria. facilite les transfert d éléments nutritifs entre la cellule vivante et le pathogène et la suppression des défenses de l hôte

8 Pathogènes bactériens: - Souvent gram negatifs : Erwinia, Pseudomonas, Xhantomonas - colonisent les espaces intercellulaires - Secrétent toxines, polysaccharides extracellulaires, enzymes de dégradation - Clusters de gènes impliqués dans pathogénicité (hrp: hypersensitive response and pathogénicity) sur plante et sur autres hôtes (mammiféres) - Mycoplasmes

9 Mycoplasmes Mollicutes: proches des bactéries gram+, dépourvues de paroi, génome a faible GC%, petits génomes < 2000kb, peu de voies métaboliques Mycoplasma genitalium: le plus petit génome pour un organisme libre, 580kb Organismes commensaux dépendant de leurs hôtes, nécessitent des milieux de culture complexes. Transmis par les insectes piqueurs Vivent dans le phloéme des plantes (sucres, acides aminés) On distingue Spiroplasmes et Phytoplasmes, ces derniers sont incultivables in vitro, infectent prés de 100 familles végétales Spiroplasma citri agent de la maladie du stubborn des agrumes est le mieux étudié.

10 Le système de secrétion de type III est utilisé par des bactéries pathogénes des plantes et des animaux (Pseudomonas, Yersinia, Salmonella, Shigella) pour injecter des protéines dans le cytoplasme de l hôte.

11 Les mêmes gènes bactériens peuvent être impliqués dans la pathogénicité sur plante et sur animaux

12 Agrobacterium, autres bacteries pathogène Colonisation génétique par transfert d ADN, gènes de synthèse d opines et modification des hormones, systéme de transport de type IV

13 Nématodes endoparasites Nématodes à galles: formation des cellules géantes, structures de transfert de nutriments Nématodes a kystes: formation d un syncitium, plus spécifiques de leurs hôtes que les précédents L infection par les nématodes augmente la sensibilité a d autres pathogènes: répression des mécanismes de défense de la plante

14 Pucerons et insectes Les pucerons sont surtout des vecteurs de virus Insecte foreur sur Maïs

15 Résistance - La plante ne peut fournir au pathogène un environnement compatible avec son développement - -> résistance non-hôte - La plante posséde des structures (poils, cuticules) ou secréte des composés toxiques qui ne permettent l infection que par des pathogènes spécialisés - -> résistance non-hôte - La plante reconnait le pathogène et active des réactions de défense qui limitent l infection Tolérance Le pathogène se développe sans causer de dommages visibles la maladie est l exception: la plupart des plantes sont résistantes à la plupart des pathogènes. La pathologie végétale est une discipline agronomique: c est l homme qui définit l existence d une maladie

16 Mécanismes de résistance Infection par le pathogène du maïs Cochliobolus, Production d une toxine inhibant la transcription des gènes de défense. Les plantes résistantes produisent une réductase de l HC-toxine

17 Coevolution Interaction réciproque entre organismes: procédant par cycles 1: la sélection naturelle imposée par le pathogène cause l évolution de mécanismes de résistance (diversité chimique, morphologique chez les végétaux 2: séléction de contre-résistances epar les pathogènes Une grande partie de la diversité du monde vivant vient de la coévolution entre plantes et pathogènes (plantes et insectes représentent la plus grande partie de la diversité du vivant > espéces)

18 Résistance aux maladies: activité principale de la sélection et transformation génétique en amélioration des plantes Sélection «classique» Transformation génétique INRA 2003: Ariane nouvelle variété de pomme, résistante a une maladie bactérienne, la tavelure, 1er croisement en..1949