Activation des composés de défense de variétés résistantes

• Contexte - méthodologie

Afin de gérer les variétés de vigne résistantes de la manière la plus durable possible, il est essentiel de comprendre quelle stratégie de défense la plante utilise en fonction de ses gènes de résistance et de son stade de développement, et quelle est l'efficacité de cette stratégie dans la lutte contre les agents pathogènes. Nous avons comparé le comportement (croissance, physiologie, expression des gènes par RTq-PCR) de deux variétés résistantes Artaban (Run1, RPV1) et Prior (Ren3, Rpv3) en conteneurs ou en plein champ et l'avons comparé à celui du cépage Vitis vinifera Cabernet Sauvignon avant et en réponse à une contamination oïdium.

Nous avons ainsi pu identifier des caractéristiques communes et/ou antagonistes parmi les voies de défense de ces trois variétés lors d'interactions incompatibles ou compatibles et en fonction de l'âge des feuilles et le stade de développement des grappes. Les gènes analysés sont ceux qui sont communément associés aux réponses PTI/ETI avec des protéines PR, des voies des stilbénoïdes, flavonoïdes, isoprénoïdes, renforcement de la paroi cellulaire, les voies de biosynthèse de l'oxylipine et des phytohormones (SA, JA et éthylène), la glutathion-S-transférase et les marqueurs génétiques du métabolisme primaire. Nous avons utilisé la PLS-PM pour quantifier la contribution de chaque voie métabolique à la variable globale ‘maladie’ et pour quantifier la contribution de chaque type de résistance, ontogénique (âge de la feuille) vs génétique (cultivar), aux différentes voies métaboliques.

• Résultats
  • Il a été mis en évidence que des gènes de PR protéines étaient différemment surexprimés pour les deux cépages résistants, surtout dans les feuilles âgées pour Prior;
  • que ces mêmes gènes étaient surexprimés lorsqu’il y a induction par l’oïdium;
  • que la résistance ontogénique (liée à l’âge des organes) était associée à la surexpression de nombreux gènes de défense, notamment du métabolisme des flavonoïdes, y compris chez le cépage sensible.

Sur feuilles comme sur grappes, les trois variétés présentent des typologies d’expression de gènes significativement différentes, similaires entre les ceps en containers et au vignoble, permettant de distinguer les 3 cépages et les organes d’âge différent.

Artaban présente une résistance totale à l’oïdium (Fig. 1), très certainement liée en partie à la forte expression constitutive d’une PR protéine (PR3 - endochitinase) et un métabolisme primaire particulier avec répression d’un gène du cycle de Krebs (citrate synthase) ainsi qu’une plus faible expression de la nitrate réductase. Prior présente des expressions très différentes pour certains gènes pas forcément en lien avec le niveau de résistance mais en lien avec la défense et réaction à l’attaque pathogène (CAD, CHI, GST3, IDH41, Allii2) (Fig. 2). Les tests de pathogénie sont en accord avec les résultats attendus bien que les cépages résistants montrent un niveau de résistance supérieur au vignoble par rapport aux tests in vitro. Sur grappe, les deux variétés résistantes qui présentent une résistance totale à très élevée à l’oïdium montrent une surexpression des mêmes PR protéines, une surexpression de la voix de l’acide salicylique (SAPB2a), de la plupart des gènes de renforcement des parois cellulaires (PER, CAD, APOX, FPPS), de détoxification (GST3 pour Prior, GST2 pour Artaban), ainsi qu’une augmentation de l’activité du cycle de Krebs (NADH, IDH, MDH).

Fig.1 : Pathogenicity tests: frequency of germinated spores (A), infectious spores (B) and sporulation (C) as a function of leaf age for the three varieties, Artaban, Prior and Cabernet Sauvignon, on leaves from cuttings. Bars indicate standard deviations for the 18 replicates. Box plot of the total hyphae length per spore (D) at 24 hpi and 48 hpi as a function of leaf age (3 replicates). * Indicates a significant difference between 24 and 48 hpi according to permutation tests. P value >0.05 when differences are not significant.		Fig. 2 : Diagramme de synthèse représentant les gènes des différentes voies métaboliques surexprimés (en gras) ou réprimés (soulignés) dans les feuilles pour chacune des trois variétés, Cabernet Sauvignon (rouge), Artaban (bleu) et Prior (violet), ou les gènes surexprimés vs réprimés selon l'âge des feuilles (vert).

Sur Cabernet Sauvignon, malgré la signalisation du pathogène (surexpression de WRKY2), aucun gène de défense n’est surexprimé en accord avec une sensibilité totale de tous les stades phénologiques testés (10, 15, 20 jours après floraison). La résistance aux contaminations oïdium sur grappe est totale pour Artaban, très élevée pour Prior. Les tests sur grappe ne pouvant se faire qu’in natura, la comparaison de stades phénologiques identiques avec et sans contamination pour des variétés qui présentaient de grandes différences de phénologie a nécessité une logistique importante. Cependant les typologies bien distinctes dans l’expression de gènes des variétés et des stades phénologiques a été un gage de réussite de l’expérimentation. En ce qui concerne la résistance au mildiou, on observe une sensibilité plus forte pour Prior que pour Artaban avec une différence de sensibilité en fonction de l’âge des feuilles chez Prior et non chez Artaban (pas de résistance ontogénique) (Fig. 3). La sensibilité in vitro de Prior au mildiou n’est pas en accord avec le haut niveau de résistance observé au vignoble (symptômes de type mosaïque peu sporulants). Il n’est pas encore possible de dire si le test in vitro est peu adapté (niveau d’inoculum trop élevé, isolats virulents), si les mécanismes de résistance sont plus fortement induits au vignoble (par les UV ou les blessures par exemple), où encore si la résistance de Prior au vignoble est de type évitement comme pour l’oïdium (décalage entre la phénologie de la plante et l’initiation des épidémies). A noter que, le développement d’Artaban très fortement tourné vers la production de métabolismes secondaires, avec des rougissements très précoces (Fig. 4) et un fonctionnement particulier du cycle de Krebs en fait une variété atypique pas forcément intéressante d’un point de vue agronomique.

Fig. 3 : Sporulation du mildiou en fonction de l’âge de la feuille pour les deux variétés Prior et Artaban.		Fig. 4 : Rougissements observés sur la variété Artaban dès le mois de mai.

• Perspectives

Nos résultats ont mis en évidence l'importance de certaines protéines PR dans la défense, mais aussi certaines stratégies de régulation impliquant des gènes du métabolisme primaire, des facteurs de développement ou de transcription. La prochaine étape consistera à comparer différents génotypes apparentés et non apparentés afin de mieux comprendre l'effet du fond génétique et des conditions environnementales sur la stratégie de défense de la plante, ce pour différents agents pathogènes. À l'avenir, nous espérons fournir des connaissances pour la gestion de la vigne basée sur l'expression des gènes, c'est-à-dire savoir quand mieux utiliser les SDP et/ou comment optimiser les pratiques culturales afin de déterminer les conditions de culture, de conduite, de climat et d'association des gènes qui les rendent les plus efficaces et les moins vulnérables aux agents pathogènes et de définir les périodes de sensibilité maximale des cultures qui doivent être protégées ou surveillées plus attentivement. Il deviendra alors possible de définir des idéotypes de la vigne : des génotypes adaptés aux conditions environnementales, des pratiques culturales en cohérence avec la pression de maladies