La protection intégrée, qui vise à réduire l’usage des pesticides, est un défi majeur pour l’agriculture du XXIème siècle. Le développement de nouvelles approches agronomiques qui concilient environnement et agriculture est une condition indispensable pour l’agriculture de demain. Dans ce contexte, l’utilisation d’éliciteurs capables de mimer une attaque pathogène et de promouvoir un état de résistance chez les plantes face à des maladies représente une alternative naturelle à la lutte chimique. Ces éliciteurs sont nommés les stimulateurs de défense des plantes (SDP). Ils peuvent provenir de différentes sources et être extraits à partir de macroalgues comme c’est le cas des SDP à base de polysaccharides d’algues tels que la laminarine utilisée pour stimuler l’immunité de plantes agronomiques. Toutefois, l’exploitation de ces ressources dans leur milieu naturel et les difficultés de production liées à leur cycle de développement constituent des freins à leur utilisation. La valorisation des microalgues comme source de SDP pourrait permettre de s’affranchir de ces contraintes. Cependant la recherche et de molécules SDP chez les microalgues est encore peu abordée. Au cours de ce travail, le potentiel d’une culture de microalgue, Phaeodactylum tricornutum, à induire des réactions de défense chez les plantes a été évalué. Un broyat cellulaire a été appliqué sur des plantules d’Arabidopsis thaliana. Le caractère éliciteur de ce broyat a été testé et caractérisé par des approches microscopiques, physiologiques et moléculaires. Les résultats ont montré que les plantes traitées présentaient des niveaux d’expression des gènes PR-1, PAD3, ACS6 et WRKY40 et un niveau de protection contre la bactérie Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) plus élevés que les plantes non traitées. De plus, un effet bactéricide in vitro sur la bactérie Pst a été observé. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour le développement de produits SDP d’origine naturelle capables de protéger les cultures. / Integrated plant protection, which aims to reduce the use of pesticide, is a major challenge for the agriculture of the 21st century. The development and application of new agronomic approaches is a prerequisite for crop protection in a sustainable agriculture system. In this context, the use of elicitors capable of mimicking a pathogenic attack and promoting a plant resistance state against diseases is a natural alternative to the use of agro-chemicals. These elicitors are also called plant defense stimulators (PDS). These can be obtained from different sources including macroalgae as it the case for the polysaccharide-based PDS laminarin that is currently used for the protection of a number of crops. However, the exploitation of these natural resources and the difficulties of their production due to their development cycle do hamper their use at a large scale. One of the possibilities to overcome these difficulties is the use of microalgae as a source of PDS. But this possibility and the potential of microalgaederived PDS for crop protection are currently under investigated. In the present work, we have used a cell extract from the microalgae Phaeodactylum tricornutum and assessed its defense response-eliciting activities on Arabidopsis thaliana seedlings by using microscopic, physiological and molecular approaches. The results show that treated plants exhibit higher levels of expression of the PR-1, PAD3, ACS6 and WRKY40 genes and a higher level of protection against the pathogenic bacterium Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) than nontreated plants. An In vitro antibacterial activity on the Pst bacteria was also observed. Our findings suggest that P. tricornutum cell extracts are able to activate plant immune responses and offer new perspectives for the development of novel plant defense stimulators.

Les symbioses rhizobienne et mycorhizienne à arbuscules sont deux endosymbioses racinaires jouant des rôles importants dans le développement des plantes en améliorant leur nutrition minérale. Les lipo-chitooligosaccharides (LCOs), produits par les bacteries Rhizobia et les champignons mycorhiziens, sont essentiels pour l'établissement de la symbiose rhizobienne et stimulent la mycorhization. Chez la légumineuse Medicago truncatula, trois récepteurs-like kinase à motifs lysin (LysM), LYR3, NFP et LYK3 sont impliqués dans la perception des LCOs. Le travail présenté a eu pour objectif la caractérisation biochimique de ces récepteurs et leurs applications potentielles. Les orthologues de LYR3 de M. truncatula ont été clonés et se sont tous révélés, à l'exception de celui du lupin, capables d'établir une interaction d'affinité élevée avec les LCOs mais pas avec les chitooligosaccharides de structure apparentée. Afin de mieux comprendre les bases moléculaires de la reconnaissance des LCOs, des échanges de domaine entre les protéines LYR3 de lupin et de Medicago ont été effectués et ont révélé l'importance du troisième domaine LysM dans l'interaction. L'exploitation des capacités de reconnaissance des LCOs par LYR3 à des fins biotechnologiques a été évaluée à l'aide de récepteurs chimériques constitués du domaine extracellulaire de LYR3 et du domaine kinase des récepteurs immunitaires AtCERK1 et EFR. Il est apparu que LYR3 peut être utilisé pour élaborer des récepteurs chimériques mais leur mode d'activation reste à optimiser. Enfin l'étude des deux récepteurs symbiotiques NFP et LYK3 suggère qu'ils sont régulés par phosphorylation suite au traitement par les signaux symbiotiques. L'ensemble de ce travail apporte un éclairage nouveau sur les mécanismes de perception des LCOs et sur les modifications associées à leurs récepteurs qui en résultent. / Arbuscular mycorrhization and rhizobial nodulation are two major root endosymbioses which play important roles in plant development by improving their mineral nutrition. Produced by Rhizobia bacteria and mycorrhizal fungi, lipo-chitooligosaccharides (LCOs) were shown to be essential for the formation of the rhizobial symbiosis and to have stimulatory effects on mycorrhization. In the legume Medicago truncatula three lysin motif (LysM) receptor-like kinases LYR3, NFP and LYK3 have been shown to be involved in LCO perception. Here work is presented aimed at the biochemical characterization and application of these important receptor proteins. Cloned from several legume species orthologs of M. truncatula LYR3, except from lupin, were shown to bind LCOs with high affinity, but not structurally-related chitooligosaccharides (COs). Domain swaps between the lupin and Medicago proteins were used as a tool to decipher the molecular basis of LCO recognition and revealed the importance of the third LysM domain for LCO binding. The possibility of exploiting the LCO-binding capacity of LYR3 in biotechnology, through the composition of chimeric receptors, was investigated by combining together the extracellular domain of LYR3 protein with the kinases of Arabidopsis thaliana immune receptors, AtCERK1 and EFR. The results suggest that LYR3 could be used for constructing biologically active chimeric proteins whose mode of activation needs to be improved. Finally studies on the two LysM symbiotic receptors NFP and LYK3 suggest that they are regulated by changes in their phosphorylation after symbiotic treatments. Together this work brings light on the mechanisms underlying LCO perception and the modifications that receptors undergo after their treatment with LCO.

Choisya ternata est une plante ornementale souvent touchée par la maladie de la pourriture racinaire provoquée par Phytophthora. Cette maladie peut induire de pertes allant jusqu’à 80 %, ce qui implique l’utilisation intensive de produits phytosanitaires. Afin de limiter l’utilisation de ces produits toxiques, une meilleure connaissance des acteurs de la défense des plantes est nécessaire. Pour cela, les objectifs de cette thèse sont I) d’identifier les espèces du genre Phytophthora pathogènes de C. ternata, II) d’étudier des acteurs de défense au niveau racinaire et III) de développer une approche de lutte alternative aux phytosanitaires. L’identification des espèces de Phytophthora par l’amplification et le séquençage de la région ITS, montre la présence de Phytophthora parasitica dans la production de C. ternata en pépinière. Ils mettent aussi en évidence, pour la première fois en France et chez Choisya, la présence de Phytophthora tropicalis. Deux cultivars de C. ternata sont utilisés pour étudier les acteurs de la défense racinaire contre P. parasitica, Aztec pearl (moins sensible à la pourriture racinaire) et Goldfinger (plus sensible). Les arabinogalactane-protéines (AGPs) sont des glycomolécules de la paroi cellulaire qui constitue une barrière physique face aux pathogènes. Des études ont montré le rôle des AGPs dans l’interaction plante-pathogène et plus particulièrement avec les oomycètes. Toutefois, le rôle des AGPs racinaires de Choisya dans l’interaction avec P. parasitica n’est pas étudié. Nos résultats montrent des différences biochimiques au niveau de la composition monosaccharidique des AGPs racinaires d’Aztec pearl en comparaison avec les AGPs de feuilles de ce cultivar et les AGPs de feuilles et de racines de Goldfinger. Contrairement aux autres fractions, ces AGPs n’ont pas augmenté la croissance du mycélium de P. parasitica. Ces résultats suggèrent que l’oomycète n’est pas capable de dégrader cette fraction pour l’utiliser comme une source d’énergie. Pendant l’infection de la plante par P. parasitica, ces AGPs peuvent freiner la pénétration du pathogène, et par conséquent diminuer la sévérité de la maladie. Les plantes ont aussi développé des molécules chimiques nommées métabolites secondaires (MS) capables de les protéger contre leurs agresseurs. Des études ont montré que la partie foliaire de Choisya est riche en MS tels que les alcaloïdes dont plusieurseffets pharmacologiques sont connus. Cependant, leur composition racinaire et leur rôle dans la protection de la plante contre P. parasitica ne sont pas élucidés. Nos résultats montrent que les racines des deux cultivars sont riches en alcaloïdes furoquinoliques. Certains alcaloïdes sont présents en plus grande quantité chez Aztec pearl, mais suite à l’inoculation de zoospores de P. parasitica cette différence n’est plus détectable. De plus, l’extrait contenant les alcaloïdes totaux d’Aztec pearl ont été capables d’inhiber la croissance du mycélium de l’oomycète, contrairement à l’extrait issu de Goldfinger. Ces résultats montrent le rôle potentiel des alcaloïdes furoquinoliques dans la protection de la plante contre cet oomycète. / Choisya ternata is an ornamental plant that suffers from root rot disease due to Phytophthora. This disease can lead to severe production losses (up to 80 %), which require intensive use of phytosanitary products. A better understanding of plants defenses in required in order to reduce the use of these products. Therefore, the objectives of this thesis are I) identifying Phytophthora spp. pathogens of C. ternata, II) studying roots defense actors and III) developing an alternative control approach. Phytophthora spp. identification by ITS region amplification and sequencing highlighted the presence of Phytophthora parasitica on Choisya. Furthermore, Phytophthora tropicalis was identified for the first time in France and on Choisya culture. Two C. ternata cultivars were used to study the plants root defense actors against P. parasitica, Aztec pearl (less susceptible to root rot) and Goldfinger (more susceptible to root rot). Arabinogalactan proteins (AGPs) are glycomolecules of the cell wall which constitutes a physical barrier to pathogens. Studies showed the role of AGPs in the plant-pathogen interaction and more specifically in the case of oomycetes. However, Choisya root AGPs role in the interaction with P. parasitica is not studied. Our results showed biochemical differences in the monosaccharide composition of Aztec pearl root AGPs and the other AGPs fractions (Aztec pearl leaves and Goldfinger roots and leaves). Contrary to other fractions Aztec pearl root AGPs did not increase P. parasitica mycelium growth. These results suggest that oomycete was not able to degrade this fraction and use it as energy source. When P. parasitica infects the plant, these AGPs may be able to slow the infection and reduce disease severity. Plants have also developed chemical molecules known as secondary metabolites (SM) capable of protecting them against attackers. Studies showed that C. ternata leaves are rich with SM as alkaloids that have many pharmacological activities. Nevertheless, roots alkaloids composition and role in plant protection are not studied. Our results showed that roots of the two cultivars are riche with furoquinoline alkaloids. Some these alkaloids were more concentrated in Aztec pearl. But after inoculation with P. parasitica zoospores, the difference was not detectable anymore. Moreover, the total alkaloids extract of Aztec pearl inhibited P. parasitica mycelium growth, unlike the extract of Goldfinger. Another strategy of plants protection is the use of beneficial soil microorganisms that limits pathogens development and stimulate plant defenses. These microorganisms are known as biological control agents (BCA) and are sometimes used in horticulture as an alternative control strategy. In our study, treatments of C. ternata by different BCA were evaluated by a developed real time PCR (qPCR) targeting ypt1 and by symptoms annotation. This evaluation showed that combined treatments by Glomus intraradices with Gliocladium catenulatum and G. intraradices with Trichoderma atroviridae (respectively mycorrhizal fungi and filamentous fungi) offer a better protection against P. parasitica.