Synthèse de bioprécurseurs d'acide salicylique et d'analogues chlorés en vue de stimuler les défenses naturelles des plantes - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2022

Synthesis of salicylic acid bioprecursors and chlorinated analogues in order to stimulate the natural defenses of plants

Synthèse de bioprécurseurs d'acide salicylique et d'analogues chlorés en vue de stimuler les défenses naturelles des plantes

Résumé

Reducing the use agrochemicals, without affecting the yield and quality of agricultural production, is one of the major challenges of the 21st century. The search for new molecules must focus on optimal efficiency while minimizing harmful effects on human health and the environment. Other solutions with more favorable safety profiles should also be considered. Among these, the stimulation of natural defense mechanisms of plants is an important way to reduce the use of pesticides. Plants can react to a stress by producing molecules that will induce an adapted response. These compounds, called elicitors, play a major role in the activation of these defenses.Among these compounds, salicylic acid is a substance involved in many biological and physiological processes in plants. The use of salicylic acid for crop protection has shown its interest, but with a major limitation. Indeed, when it is brought exogenously to the plant, it is rapidly compartmentalized and will have a biological activity only over a short period. It is therefore necessary to find a strategy that allows salicylic acid to be available over a longer period in planta. To achieve this objective, we used a prodrug strategy previously developed in the laboratory with a fungicide associated to a nutrient such as an α-amino acid or a sugar. This approach resulted in conjugates that can lure plasma membrane transporters, allowing penetration into the phloem sap and long-distance transport in the plant. By applying this bioprecursor concept to elicitor compounds, this work had the objective to synthesize new conjugates, before evaluating their ability to concentrate in the phloem sap and to progressively release the active ingredient to stimulate the plant defense responses. Salicylic acid was selected as the active substance along with two chlorinated analogues, 5-chloro and 3,5-dichlorosalicylic acids.In the first part of this work, conjugates of salicylic acid and its two chlorinated analogues were synthesized by performing various structural variations. Thus, we were able to obtain conjugates by making modulations at both the active substance (salicylic acid or chlorinated analogues) or the nutrient (α-amino acid or sugar). The linkage between the active substance and the nutrient was sometimes direct, while other conjugates included a spacer arm with various structural variations (1,2,3-triazole, ethylene, 1,4 and 1,5-dicarbonyl). These multi-step syntheses allowed to obtain sixteen conjugates of salicylic acid or chlorinated analogues linked to an amino acid (glutamic acid, tryptophan, diaminopropionic and butyric acids, lysine and serine) or to a sugar (glucose).The second part of this work consisted of preliminary biological studies with six conjugates. These conjugates combine salicylic acid and its two chlorinated analogues with β-D-glucose or L-glutamic acid via a 1,2,3-triazole spacer. Phloem mobility was evaluated in Ricinus in comparison to the three parent compounds. Results showed a better mobility of the conjugates with an amino acid, especially the one with salicylic acid, compared to those including glucose. These six conjugates were then evaluated in a laboratory model for their activity against Southern corn leaf blight. They all showed significant inhibitory activity on the development of leaf necrosis induced by this fungus, the most interesting effect being noted with the salicylic acid conjugate with α-amino acid function.
Réduire l’utilisation des produits phytosanitaires, sans affecter le rendement et la qualité des productions agricoles, est l’un des grands enjeux du XXIe siècle. La recherche de nouvelles molécules doit se concentrer sur une efficacité optimale tout en minimisant les effets nocifs sur la santé humaine et l’environnement. D’autres solutions avec des profils de sécurité plus favorables peuvent également être envisagées. Parmi celles-ci, la stimulation des défenses naturelles des plantes occupe une place de choix afin de réduire l’utilisation de pesticides. Les plantes peuvent se défendre en réponse à un stress en produisant des molécules qui vont induire une réponse adaptée. Ces composés, appelés éliciteurs, jouent un rôle majeur dans la mise en place de ces défenses.Parmi ces molécules, l’acide salicylique est un composé impliqué dans de nombreux processus biologiques et physiologiques des plantes. L’usage d’acide salicylique pour la protection des cultures a montré son intérêt, mais avec toutefois une limitation majeure. En effet, lorsqu’il est apporté de façon exogène à la plante, ce dernier est rapidement compartimenté dans le végétal et n’aura donc une activité biologique que sur une courte période. Il s’avère donc nécessaire de trouver une stratégie permettant à l’acide salicylique d’être disponible sur un plus long terme in planta. Pour parvenir à cet objectif, nous avons utilisé une stratégie de prodrogue validée antérieurement au laboratoire avec un fongicide associé à un nutriment tel qu’un α-aminoacide ou un sucre. Cette approche permet l’obtention de conjugués qui peuvent leurrer les transporteurs de la membrane plasmique, permettant ainsi un passage dans la sève phloémienne et un transport à longue distance chez la plante. En appliquant ce concept de bioprécurseur à des composés éliciteurs, ces travaux ont pour objectif de synthétiser de nouveaux conjugués, avant d’évaluer leur capacité à se concentrer dans la sève phloémienne et à libérer progressivement la matière active pour stimuler les défenses naturelles des plantes. Dans le cadre de ces travaux, l’acide salicylique a été sélectionné en tant que substance active ainsi que deux analogues chlorés, les acides 5-chloro et 3,5-dichlorosalicylique.Au cours de la première partie de ce travail, des conjugués d’acide salicylique et de ses deux analogues chlorés ont été synthétisés en réalisant diverses variations structurales. Ainsi, nous avons pu obtenir des conjugués en réalisant des modulations au niveau de la substance active (acide salicylique ou analogues chlorés) ou du nutriment (α-aminoacide ou sucre). La liaison entre la substance active et le nutriment est parfois directe, tandis que d’autres conjugués comportent un espaceur avec diverses variations structurales (1,2,3-triazole, éthylène, 1,4 et 1,5-dicarbonylé). Ces synthèses multi-étapes ont permis l’obtention de seize conjugués d’acide salicylique ou analogues liés à un aminoacide (acide glutamique, tryptophane, acides diaminopropionique et butyrique, lysine et sérine) ou à un sucre (glucose).La seconde partie de ce travail a consisté à réaliser des études biologiques préliminaires avec six conjugués. Ces derniers associent l’acide salicylique et ses deux analogues chlorés à du β-D-glucose ou de l’acide L-glutamique via un espaceur 1,2,3-triazole. La mobilité phloémienne a été évaluée chez le ricin en comparaison des trois molécules parents. Les résultats obtenus ont mis en évidence une meilleure mobilité des conjugués avec un aminoacide, notamment celui avec l’acide salicylique, en comparaison de ceux incluant du glucose. Ces six conjugués ont ensuite été évalués sur un modèle de laboratoire quant à leur activité sur l’helminthosporiose du maïs. Ils ont tous montré une activité inhibitrice significative sur le développement des nécroses foliaires induites par cette maladie, l’effet le plus intéressant étant noté avec le conjugué d’acide salicylique à fonction α-aminoacide.
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Dates et versions

tel-04069663 , version 1 (14-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04069663 , version 1

Citer

Benoit Guichard. Synthèse de bioprécurseurs d'acide salicylique et d'analogues chlorés en vue de stimuler les défenses naturelles des plantes. Chimie organique. Université de Poitiers, 2022. Français. ⟨NNT : 2022POIT2257⟩. ⟨tel-04069663⟩
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