Etude des réponses de défense de Vitis vinifiera subsp. sylvestris et de facteurs d'agressivité des champignons dans le cadre des maladies du bois de la vigne - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Study of defence responses of Vitis vinifera subsp. sylvestris and fungal aggressiveness factors in the context of grapevine wood diseases

Etude des réponses de défense de Vitis vinifiera subsp. sylvestris et de facteurs d'agressivité des champignons dans le cadre des maladies du bois de la vigne

Résumé

In the last years, vineyards in France and around the world have been confronted with the resurgence of grapevine trunk diseases (GTD). These diseases are at the same time at the origin of yield and quality losses but they are mostly the cause of an important mortality of the grapevines. Among these MDBs, three main ones have been identified: esca (associated with a complex of fungi including Fomitiporia mediterraneae, Phaeoacremonium minimum and Phaemoniella chlamydospora), Eutypiose (caused by Eutypa lata) and Botryosphaeria dieback (associated with Botryosphaeriaceae subsp. including Neofusicoccum parvum (N. parvum) and Diplodia seriata (D. seriata). Unfortunately, to date, there is no effective treatment to limit, protect and prevent these diseases. It has been shown in our laboratory that wild grapevine (sylvestris) was less susceptible to GTD compared to cultivated grapevine (vinifera). In order to understand the differences in tolerance observed between wild and cultivated grapevine, we studied the variation of primary and specialized metabolism by HLPC-MS and GC-MS techniques. Also, we studied the activation of defense genes in response to infection caused by N. parvum after inoculation of detached shoots by a transcriptomic study. Parallel to this work, we were interested in the mechanisms of detoxification of stilbenes by the enzymatic arsenal of the fungi N. parvum and D. seriata. Our results show that the inoculation of N. parvum triggered important changes in the primary and specialized metabolism of wood. In both subspecies, the infection resulted in a sharp decrease in sugars (fructose, glucose, sucrose), while the alcohol sugar content (mannitol and arabitol) increased. With regard to amino acids, early infection with N. parvum triggered a decrease in aspartic acid, serine and asparagine, and a sharp increase in alanine and β-alanine. We were able to observe a more rapid and intense alteration of primary metabolites in wild grapevine in response to infection compared to cultivated grapevine. The content of resveratrol and several oligomers of resveratrol increased in the wood of both subspecies after infection. We also observed an increase of several genes expression including STS, PPO and several GTS. We also observed a decrease of the expression of genes coding for the biosynthesis and perception of ethylene. It would seem that the best tolerance of sylvestris to GTDs comes from the fact that this subspecies would be able to initiate more strongly the induction or repression of certain defense genes, thus giving it a better defense against GTDs. Moreover, we also showed that D. seriata and N. parvum were able to efficiently metabolize monomeric forms of stilbenes (resveratrol, piceid and piceatannol) to the benefit - and surprisingly - of dimeric forms of stiblenes (notably δ-viniferin, which is toxic to fungi) via extracellular enzymes. In conclusion, our work shows a specificity of response of wild versus cultivated grapevine with respect to the modification of primary and specialized metabolism. Our results also show the capacity of detoxification of stilbenes by fungi extracellular enzymes. These results could explain both the difference in sensitivity to GTDs observed between wild and cultivated grapevine but also how the fungi manage to pass through the defences put in place by the grapevine.
Ces dernières années, les vignobles de France et du monde sont confrontés à la recrudescence des maladies du bois (MDB) de la vigne. Ces maladies sont à la fois à l’origine de pertes de rendement, de qualité mais elles sont surtout responsables d’une mortalité importante des ceps. Parmi ces MDB, trois principales ont été identifiées : l’esca (associée à un complexe de champignons dont Fomitiporia mediterraneae, Phaeoacremonium minimum et Phaemoniella chlamydospora), l’eutypiose (causée par Eutypa lata) et le dépérissement à Botryosphaeriaceae (associée aux Botryosphaeriaceae subsp. dont Neofusicoccum parvum (N. parvum) et Diplodia seriata (D. seriata)). Malheureusement, à ce jour, il n’existe aucun traitement efficace pour limiter, protéger et prévenir ces maladies. Il a été montré au laboratoire que la vigne sauvage (sylvestris) était moins sensible aux MDB par rapport à la vigne cultivée (vinifera). Afin de comprendre les différences de tolérances observées entre la vigne sauvage et la vigne cultivée, nous avons étudié la variation du métabolisme primaire et spécialisé par des techniques d’HLPC-MS et de GC-MS. Nous avons également étudié l’activation de gènes de défense en réponse à l’infection causée par N. parvum après inoculation de sarments détachés par une étude transcriptomique. Parallèlement à ces travaux, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de détoxification des stilbènes par l’arsenal enzymatique des champignons N. parvum et D. seriata. Nos résultats montrent que l’inoculation de N. parvum a déclenché des changements importants dans les métabolismes primaires et spécialisés du bois ainsi qu'une expression différentielle des gènes de défense. Chez les deux sous-espèces, l'infection a entraîné une forte diminution des sucres (fructose, glucose, saccharose), tandis que la teneur en sucre alcool (mannitol et arabitol) a augmenté. En ce qui concerne les acides aminés, l'infection précoce par N. parvum a déclenché une diminution de l'acide aspartique, de la sérine et de l'asparagine, et une forte augmentation de l'alanine et β-alanine. Nous avons pu observer une altération plus rapide et plus intense des teneurs en métabolites primaires chez la vigne sauvage en réponse à l’infection par rapport à la vigne cultivée. La teneur en resvératrol et en plusieurs oligomères du resvératrol a augmenté dans le bois des deux sous-espèces après l'infection. Nous avons également pu observer une augmentation de l'expression de plusieurs gènes dont la STS, la PPO et plusieurs GTS. Nous avons également observé une diminution de l'expression de gènes codant pour la biosynthèse et la perception de l'éthylène. Il semblerait que la meilleure tolérance de sylvestris aux MDB de la vigne vienne du fait que cette sous-espèce serait capable d'initier plus fortement l'induction ou la répression de certains gènes de défense, lui conférant ainsi une meilleure défense vis-à-vis des MDB. De plus, nous avons également montré que D. seriata et N. parvum étaient capables de métaboliser efficacement des formes monomériques de stilbènes (resvératrol, picéide et picéatannol) au profit - et de manière surprenante - des formes dimériques de stilbènes (notamment la δ-viniférine pourtant toxique pour les champignons) par l’intermédiaire d’enzymes extracellulaires. En conclusion, notre travail montre une spécificité de réponse de la vigne sauvage par rapport à la vigne cultivée au regard de la modification du métabolisme primaire et spécialisé. Nos résultats montrent également la capacité de détoxification des stilbènes par les enzymes extracellulaires des champignons. Ces résultats pourraient expliquer à la fois la différence de sensibilité aux MDBs observées entre la vigne sauvage et la vigne cultivée mais également comment les champignons arrivent à passer au travers des défenses mises en place par la vigne.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03561881 , version 1 (08-02-2022)
tel-03561881 , version 2 (09-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03561881 , version 2

Citer

Clément Labois. Etude des réponses de défense de Vitis vinifiera subsp. sylvestris et de facteurs d'agressivité des champignons dans le cadre des maladies du bois de la vigne. Biologie végétale. Université de Haute Alsace - Mulhouse, 2020. Français. ⟨NNT : 2020MULH3692⟩. ⟨tel-03561881v2⟩
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