Échos du congrès « produits naturels et de biocontrôle »

La troisième rencontre internationale « Natural Products and Biocontrol Congress » a eu lieu à Perpignan, du 21 au 23 septembre.

Le congrès biennal portant sur les produits naturels et de biocontrôle, dont la première édition s'était déroulée en 2012, est organisé par PO2N(1), IBMA(2) France, l'université de Perpignan via Domitia, le CNRS, ainsi que le pôle de compétitivité Qualiméditerrannée.

Impressions générales

Communications scientifiques de qualité

Ce congrès s'impose progressivement comme un point de rencontre primordial entre acteurs de la recherche, du développement et de la vulgarisation. Bénéficiant d'une traduction simultanée français-anglais, il s'articule autour de communications de qualité, présentation d'affiches et rendez-vous « B to B ». Sans oublier les pauses déjeuner assez longues pour permettre les contacts informels. Sur le plan organisationnel, c'est à notre avis une réussite.

Réglementation : point complet et précis

La session introductive a été marquée par la communication complète et précise de Xavier Langlet (DGAL) qui a fait le point sur les différentes réglementations relatives au biocontrôle. Cet exposé nous a paru si remarquable que nous lui avons consacré un article (voir p. 8 à 10).

La présentation, en référence aux textes réglementaires correspondants, des concepts et définitions du biocontrôle, des catégories de substances (de base, à faibles risques, etc.) a permis de faire un point à la fois exhaustif et compréhensible par tous de ces différents termes. Lesquels, il faut le souligner, n'ont pas exactement la même définition selon le texte réglementaire auquel on se réfère.

Intervenants invités en plénière

Les exposés ont ensuite été répartis en huit sessions dont plusieurs ont été introduites par une conférence plénière donnée par un scientifique spécialiste reconnu de la thématique abordée :

- Ada Wossink, de l'université de Manchester, a évoqué les aspects économiques du changement des pratiques agronomiques ;

- Monica Höfte, de l'université de Gand, a présenté l'apport des technologies moléculaires (les « omics ») à la compréhension des modes d'action des agents de biocontrôle ;

- Phil Stevenson, de l'université de Greenwich, a traité du rôle des molécules de défense impliquées dans la résistance des plantes dans l'attraction des insectes pollinisateurs ;

- Cyril Zipfel, du Sainsbury Laboratory, a décrit l'identification et l'utilisation des récepteurs de l'immunité de la surface cellulaire des plantes pour accroître le spectre de la résistance des plantes aux maladies.

Outre ces conférences plénières, de nombreuses communications intéressantes ont été présentées. Nous ferons référence ici à celles qui ont le plus retenu notre attention.

Métabolites secondaires bactériens

Trois familles de lipopeptides produits par des bactéries agents de lutte biologique

Un accent particulier a été porté aux lipopeptides produits par des micro-organismes (aussi bien par des Bacillus que par des Pseudomonas agents de biocontrôle), et dont le rôle dans les modes d'action de ces bactéries est maintenant bien établi.

Les trois familles principales de lipopeptides, à savoir les surfactines, les iturines et les fengycines, sont constituées d'un peptide d'origine non ribosomique et d'une chaîne lipidique plus ou moins longue.

Les exposés de Philippe Jacques, Marc Ongena et Monika Höfte ont éclairé différents aspects de la production de ces LPs (pour lipopolysaccharides) en fermenteur mais aussi in situ dans la rhizosphère des plantes.

Un projet européen

Philippe Jacques a présenté les objectifs du projet européen transrégional « Smartbiocontrol » qui vise à :

- isoler et comprendre les modes d'action des LPs ;

- produire et formuler ces molécules ;

- évaluer leur persistance en fonction du mode d'application et leur toxicité ;

- évaluer enfin leur efficacité en conditions agronomiques.

Ce projet, qui repose sur la collaboration de nombreux partenaires, est donc très ambitieux puisqu'il vise à promouvoir l'utilisation de LPs pour lutter contre les maladies des plantes.

Des interactions mieux comprises

Marc Ongena et son groupe travaillent à la compréhension des interactions entre la racine des plantes et les bactéries productrices de LPs. Il a été montré que la proportion des différents LPs produits in situ par les organismes du genre Bacillus est différente de celle des LPs produits in vitro.

Ainsi, la surfactine est le LPs prédominant dans la rhizosphère des plantes. La synthèse de ce lipopeptide est spécifiquement stimulée par la perception de certains polymères des parois cellulaires et la multiplication des bactéries aux dépens des exsudats racinaires conduit à l'accumulation rapide de surfactine dans l'environnement racinaire.

Celle-ci se manifeste très rapidement dans les premières heures qui suivent l'interaction bactérie/plante. La production des autres LPs (iturine et fengycine) est retardée.

La surfactine favorise la colonisation de la surface racinaire par les Bacillus et induit l'immunité de la plante. Mais, comme dans le phénomène de prémunition ou « priming », il n'a pas été observé de surexpression des gènes de défense. La plante se prépare à réagir rapidement à l'agression d'un agent pathogène.

Il a également été démontré qu'il n'existe pas de récepteur spécifique de la surfactine dans la membrane plasmique de la cellule végétale : la surfactine se lie directement avec les lipides des membranes cellulaires. Nous sommes ici en présence d'un mécanisme original d'induction de l'immunité des plantes. Ces démonstrations ont été effectuées en utilisant plusieurs espèces végétales, dont la tomate.

Exploration des Pseudomonas

Monica Höfte a montré comment l'utilisation des outils moléculaires permettait d'établir un arbre phylogénétique précis des nombreuses espèces de Pseudomonas du groupe « fluorescens » qui compte plus de cinquante espèces.

Certaines sont pathogènes de l'homme ou des plantes, d'autres sont bénéfiques, biostimulantes de croissance ou agents de biocontrôle. Les Pseudomonas du groupe fluorescens peuvent produire de très nombreux métabolites secondaires (pyoverdine, HCN, 2-4 DAPG, lipopeptides) dont le rôle dans les mécanismes de biocontrôle est bien documenté.

Le résultat le plus intéressant de ce travail de caractérisation des souches et espèces est qu'il a permis d'identifier les clusters de gènes codant pour la production de ces métabolites secondaires, et d'établir des relations entre appartenance d'une souche à une espèce et capacité de cette espèce à produire un type de métabolite secondaire donné.

L'identification précise de l'espèce à laquelle appartient une souche permet ainsi de prédire quels métabolites secondaires d'intérêt peuvent être produits, ou non, par la souche sélectionnée. L'identification précise d'une souche cesse d'être un exercice académique : elle devient un outil de sélection des souches d'intérêt que l'on souhaite développer.

Reste la question de l'utilisation pratique...

Ces trois communications ont souligné les progrès importants réalisés dans la connaissance des métabolites secondaires produits par les agents de lutte biologique, mais la question de leur utilisation pratique pour le biocontrôle reste ouverte.

Deux approches sont possibles : la production et l'application de certains métabolites secondaires tels que les lipopeptides ou la sélection et l'application des bactéries productrices de ces métabolites secondaires. Chaque approche présente des avantages théoriques et des inconvénients, seul le passage à la pratique permettra, au cas par cas, de choisir la méthode de lutte la plus appropriée.

Produits ou substances naturels et évaluation des risques

La métabolomique face à la complexité

Cédric Bertrand et l'équipe de Perpignan ont présenté des communications sur la sélection, la production de substances naturelles et les méthodes nécessaires à l'évaluation des risques. Nous avons retenu de ces exposés que les substances naturelles, et en particulier celles d'origine végétale, sont par nature extrêmement complexes et contiennent plusieurs principes actifs qu'il convient de caractériser.

Une approche métabolomique a été mise au point afin de caractériser les extraits naturels présentant des propriétés intéressantes pour le biocontrôle. Puis l'identification des composés actifs au sein des extraits bruts est assurée par un « profiling » chromatographique bioguidé. Cette approche permet d'identifier rapidement des substances actives contre divers agents phytopathogènes tels que mildiou et oïdium de la vigne, tavelure du pommier, etc.

C'est également une approche métabolomique qui est proposée pour aborder l'écotoxicité de ces substances naturelles et évaluer leurs effets non intentionnels en particulier sur le microbiote tellurique.

Mais avant de passer à une production industrielle de ces substances naturelles, il convient de s'assurer d'une production de biomasse suffisante pour permettre l'extraction des principes actifs.

Partant du constat d'une forte déprise agricole en zone méditerranéenne, les chercheurs ont identifié parmi les plantes autochtones de la flore méditerranéenne les espèces qui produisent des principes actifs intéressants pour le biocontrôle et qui pourraient être aisément cultivées sur les terres abandonnées. C'est donc toute une filière allant de la culture des plantes à l'extraction des molécules et à la formulation des produits qui pourrait voir le jour.

Effets non intentionnels comparés

Deux présentations ont rapporté des travaux ayant pour objet de comparer les effets non intentionnels de produits biologiques (herbicide, insecticide) à ceux des molécules de synthèse classiquement utilisée pour les mêmes usages.

La première fait appel à la métagénomique. Elle montre que les deux herbicides perturbent la structure des communautés microbiennes, les effets de la molécule naturelle sur la diversité bactérienne étant plus marqués que ceux de la molécule de synthèse. Les auteurs concluent qu'il faudrait s'intéresser aux fonctions microbiennes, donc au métabolome.

C'est justement une approche « méta-métabolomique » qui a été utilisée pour comparer les effets d'un insecticide de synthèse à celui de Bacillus thuringiensis israelensis dans un sédiment. La méthode employée est celle des « empreintes métabolomiques environnementales » développée par l'équipe de Perpignan.

Comme indiqué précédemment, cette méthode a pour but de permettre d'évaluer les effets, sur le microbiote tellurique, de substances naturelles complexes donnant naissance à de nombreux sous-produits. Les résultats, à confirmer sur une période d'analyse plus longue, montrent que la méthode est suffisamment sensible pour permettre d'évaluer l'impact de mélanges complexes sur des sédiments.

Plantes à propriétés pesticides

Une base de données qui définit les priorités de recherche

Avant de lancer un programme de recherche, en réponse à un appel à projets, le Cirad(3), associé à plusieurs universités africaines et à d'autres laboratoires européens, crée une base de données sur les plantes pesticides connues et utilisées dans une dizaine de pays d'Afrique subsaharienne.

Cette base de données recense toutes les connaissances relatives aux plantes pesticides, quelle que soit l'origine de ces connaissances : expérimentation, ou usage traditionnel, différent suivant les régions considérées, quelle que soit la forme sous laquelle ces plantes sont utilisées (extraits, huiles essentielles...) et quels que soient les usages : contre les insectes, les champignons, sur cultures ou denrées stockées. À l'heure actuelle, ce sont 74 taxa botaniques représentant 68 espèces qui ont été inventoriés.

Une des originalités de cette base de données est de faire appel à un traitement informatique qui permet de révéler les manques de connaissances et ainsi de définir les priorités de recherche.

Formulation des biofongicides microbiens et efficacité

Des principes généraux

Ilaria Pertot a présenté une communication intéressante portant sur les contraintes de la formulation de biofongicides d'origine fongique ou bactérienne. Bien que les procédés de formulation restent le plus souvent confidentiels, nous savons qu'ils doivent répondre à un certain nombre de contraintes, parmi lesquelles : assurer la survie de l'agent de biocontrôle, le protéger de la dessication et du rayonnement UV, des températures extrêmes...

De plus, pour des applications foliaires, il convient d'ajouter des surfactants et des « collants » permettant une distribution uniforme de l'agent de biocontrôle et d'éviter son lavage trop rapide en cas de pluie. Enfin, la préparation commerciale doit être facile d'emploi et ne pas présenter de contraintes de température lors du stockage.

Trois exemples vécus

Ilaria Pertot a fait appel à son expérience personnelle et a illustré son exposé avec trois exemples qu'elle connaît : Trichoderma atroviride SC1, Ampelomyces quisqualis ITA3 et Lysobacter capsici AZ78.

Message fort à retenir : l'efficacité au champ dépend beaucoup de la formulation et les résultats obtenus au laboratoire avec la substance active (le micro-organisme) non formulée représentent l'efficacité maximale qu'il ne faut pas espérer améliorer ni même égaler grâce à une formulation adaptée.

Interactions entre les molécules de défense et les pollinisateurs

Une question originale, deux hypothèses

Phil Stevenson a abordé un sujet très original en posant la question suivante : les mécanismes chimiques de défense des plantes sont-ils compatibles avec les insectes pollinisateurs et quel est leur rôle dans la résistance des plantes ?

Les plantes produisent une grande diversité de métabolites secondaires qui s'accumulent dans les tissus et exercent diverses fonctions. Leur rôle dans les mécanismes de défense contre les bioagresseurs est un des mieux connus. Mais certains de ces métabolites secondaires, y compris ceux toxiques ou répulsifs vis-à-vis des invertébrés, sont présents dans le pollen et le nectar des fleurs.

Dès lors, il faut se demander quelle est leur fonction : jouent-ils un rôle pour favoriser la pollinisation en étant une récompense pour les insectes pollinisateurs, ou au contraire sont-ils présents dans les fleurs parce que présents dans tous les organes de la plante, et y joueraient-ils un rôle de sélection des insectes ?

Les vérifications obtenues

Des résultats récents montrent que les deux hypothèses se vérifient selon les interactions considérées. Les métabolites secondaires peuvent améliorer le comportement des pollinisateurs et favoriser la pollinisation ou exercer une sélection défavorable aux pollinisateurs inefficaces.

Une résistance des plantes basée sur la production de métabolites toxiques peut donc interférer avec la pollinisation des plantes. En conséquence, il est important que les généticiens travaillant à sélectionner des plantes résistantes prennent en compte les impacts potentiels de cette résistance sur les pollinisateurs et la pollinisation des cultures. Un exposé particulièrement intéressant et magnifiquement illustré.

Exploiter les PGPR(4) autochtones

Une « idée neuve »... qui revient de loin

Un travail de recherche associant deux laboratoires de Lyon et Clermont-Ferrand propose de valoriser les potentialités stimulantes et/ou bioprotectrices de la microflore de la rhizosphère plutôt que d'avoir recours à un inoculum introduit.

L'idée n'est pas nouvelle : le livre issu du premier congrès sur le biocontrôle (Ecology of soil-borne plant pathogens, prelude to biological control, Berkley 1965) consacrait plusieurs articles aux méthodes permettant de stimuler l'antagonisme naturel des sols. Bien qu'oubliée par la suite, cette approche « écologique » fait donc sa réapparition aujourd'hui.

Un travail sur le blé

L'idée originale de ce travail part du constat que les progrès de la création variétale n'ont pas pris en considération le rôle de la microflore bénéfique des sols, les performances des nouvelles variétés étant jugées dans des agrosystèmes faisant largement appel aux engrais et autres intrants issus de la chimie.

L'hypothèse de départ postulait aussi que les variétés de blé modernes étaient moins favorables à la colonisation de leurs racines par les bactéries PGPR. L'hypothèse a été éprouvée en utilisant une bactérie modèle Pseudomonas fluorescens F113 et l'expression du gène phID qui est impliqué dans la synthèse d'un métabolite secondaire antimicrobien, le 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG). Un système de double marquage avec fluorochromes a permis de quantifier la colonisation racinaire par la bactérie, et également la production de DAPG.

Bien que les vieilles variétés de blé montrent une tendance à mieux interagir avec la bactérie, aucune généralisation n'est possible : certaines variétés récentes se comportent aussi bien que les anciennes.

Nouvelles méthodes, nouvelles approches, nouveaux produits

Le champ n'est pas le laboratoire

D'autres communications, présentées à l'oral ou sur affiche, ont permis de dresser un bilan des recherches en cours, en particulier sur les éliciteurs et les méthodes d'évaluation de leur efficacité au laboratoire et au champ.

La conclusion de la communication d'Ilaria Pertot sur la formulation des micro-organismes peut s'appliquer aux éliciteurs. Il est clair que l'efficacité démontrée en conditions de laboratoire est un optimum, et qu'il ne faut pas espérer l'atteindre en plein champ.

Substances inédites, endophytes, huiles essentielles

Plusieurs nouvelles substances naturelles potentiellement intéressantes ont été présentées, en particulier une préparation qui associe des oligomères cationiques du chitosan et oligomères anioniques de pectine qui vient d'être autorisée. Une nouvelle souche de Trichoderma atroviride SC1 qui cible les maladies du bois de la vigne vient aussi de se voir accorder une autorisation de mise sur le marché.

D'autres communications ont traité des organismes endophytes, c'est-à-dire de bactéries ou de champignons qui colonisent les plantes sans que ces dernières ne manifestent de symptôme. Connues depuis longtemps, ces endophytes bénéficient d'un regain d'intérêt pour leurs métabolites secondaires qui présentent des propriétés potentiellement intéressantes en matière de lutte biologique.

Enfin, les huiles essentielles continuent à attirer l'intérêt des chercheurs et de petites sociétés qui tentent de développer des produits de biocontrôle à base de ces substances naturelles. Ce congrès a donc bien présenté un panorama complet sur les recherches en cours et ce qui se fabrique en matière de produits de biocontrôle.

(1) Groupe d'étude Pesticides organiques d'origine naturelle. (2) International Biocontrol Manufacturers Association. (3) Centre de coopération international en recherche agronomique pour le développement. (4) Plant Growth Promoting Rhizobacteria, en français rhizobactérie (= bactérie vivant dans ou au contact des racines des plantes) favorisant la croissance des plantes.