La silice (Si) est utilisée depuis longtemps pour ses propriétés prophylactiques envers différents agents pathogènes chez les plantes. Cependant, le mode d'action par lequel la silice parvient à protéger la plante, ses effets sur la croissance ainsi que le mode d'application à utiliser pour une efficacité optimale restent encore controversés. Dans cette étude, nous avons 1) déterminé, grâce à la technique de microanalyses à rayons X, l'existence de l'accumulation de silice dans les feuilles de blé, 2) évalué l'effet de différentes formulations à base de silice sur l'interaction blé/blanc et 3) comparé l'efficacité des applications racinaires par rapport aux applications foliaires. Les résultats de notre étude ont indiqué que les plants ayant reçu un amendement racinaire de silice avaient absorbé l'élément dans leurs tissus, de façon beaucoup plus marquée. Par ailleurs, les plants de blé traités à la silice via le système racinaire ont mieux résisté à la maladie que les plants ayant reçu une application foliaire. L'étude n'est pas parvenue à démontrer un rôle fertilisant de la silice, indépendamment du mode d'application ou de la formulation. Les résultats de ce projet appuient le concept stipulant que la silice doit être absorbée par le système racinaire et distribuée dans la plante pour fournir un effet prophylactique optimal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le but de ce travail était de mettre en évidence la production de composés antifongiques chez le blé (Triticum aestivum) infecté par le blanc (Blumeria graminis f. sp. tritici) en relation avec un traitement à la silice soluble (Si). À cette fin, trois objectifs ont été définis : (1) mise en évidence de la résistance du blé induite par la silice et de la production de composés antifongiques suite à l'élaboration des procédés d'extraction; (2) mise au point d'une méthode d'extraction et de purification à grande échelle de composés putativement impliqués dans la résistance, vérification de la fongitoxicité et identification structurale des composés purifiés; (3) étude de la cinétique de production des composés identifiés chez le blé dans les jours suivant l'infection afin d'établir une relation entre cette production et la résistance à la maladie. Il a été montré que, comparés aux plants témoins, les plants de blé traités à la silice présentaient une meilleure résistance au blanc. De surcroît et suite à des analyses en microscopie, cette résistance semblait liée à la production de composés antifongiques nouvellement formés. Pour l'étude de ces composés, la mise au point de différents procédés d'extraction a permis la purification et la caractérisation de l'acide 5,6-O-methyl frans-aconitique, un composé antifongique fortement induit par la silice en réponse à l'infection chez le blé. Des études complémentaires ont aussi mis en évidence la présence d'autres dérivés méthylés ou encore de la forme non méthylée de cet acide aconitique chez le blé. Dans le cadre de l'étude de la cinétique, alors que les formes non méthylées de l'acide aconitique se sont accumulées dans la plante saine au cours de sa croissance, la quantité d'acide aconitique a suivi un profil inverse chez les plants infectés par le blanc. Parallèlement à cette diminution des formes non méthylées, la concentration en formes méthylées a augmenté et cet effet était plus marqué chez les plants ayant reçu un traitement à la silice. Fort de ces résultats, l'hypothèse de l'utilisation de l'acide aconitique en tant que précurseur pour produire des formes méthylées antifongiques de l'acide aconitique a été formulée. Une corrélation a également été observée entre l'augmentation de ces formes antifongiques méthylées de l'acide aconitique et une meilleure résistance au blanc chez le blé. L'ensemble de ces travaux a ainsi démontré pour la première fois la production de formes méthylées de l'acide aconitique chez le blé en lien avec la résistance contre le blanc et le traitement prophylactique par la silice. / The main goal of this project was to highlight the production of antifungal compounds in wheat (Triticum aestivum) infected with the powdery mildew fungus (Blumeria graminis f. sp. tritici) in relation with a treatment with soluble silicon (Si). To this end, the objectives of this study were threefold: (1) to establish a link between examination of Si-induced wheat resistance and antifungal compounds production following extraction processes; (2) to develop a bulk extraction and purification procedure of compounds putatively involved in disease resistance in wheat and to determine the antifungal activity and structural identity of such compounds; (3) to conduct a kinetic study of identified compounds produced in wheat following the infection and establish how their production could relate to disease resistance. Our results consistently showed that Si-treated wheat plants displayed a better resistance against powdery mildew than control plants. Based on microscopic observations, this resistance appeared to be linked with the production of neo-synthesized antifungal compounds in wheat. In an effort to identify these compounds, different extraction processes were developed and tested which led to the purification and the characterization of 5,6- O-methyl frans-aconitic acid, an antifungal compound strongly induced by Si in response to infection in wheat. In addition, the presence of mono-methylated and non-methylated forms of aconitic acid in wheat was recorded. When studied over time, aconitic acid concentration increased steadily in healthy plants but decreased slightly in infected plants. Concomitant with this decrease, the concentration of methylated forms of aconitic acid augmented, a phenomenon more prevalent in Si-amended plants. This suggests that aconitic acid can act as a precursor to methylated antifungal forms. A relationship between the presence of methylated forms of aconitic acid and a higher resistance to powdery mildew in wheat was also observed.

Le silicium (ou silice), sous forme d'acide silicique, est un élément reconnu pour son effet prophylactique contre divers agents pathogènes des plantes. Toutefois son utilisation est limitée par la faible solubilité et la polymérisation rapide de l'acide silicique. Afin d'en accroître la solubilité in planta, trois composés de dégradation du silicone, les polydiméthylsiloxanes, ont été évalués comme substituts à l'acide silicique. Bien que plus solubles, ces composés ont été peu absorbés par le blé et n'ont pu prévenir l'établissement du blanc. Ils ont également induit des symptômes de phytotoxicité assez sévères. Cette étude est la première à évaluer, sous conditions contrôlées, l'impact de dérivés de silicone sur la croissance des plantes. Selon nos résultats, ces composés sont peu intéressants pour stimuler les défenses des plantes et leur rejet dans l'environnement sur des terres agricoles devrait se faire avec précaution. / Soluble silicon in the form of silicic acid is well known for its prophylactic effect against fungal plant pathogens. However, its practical use is limited by the low solubility and rapid polymerization of silicic acid. In order to overcome these constraints, three degradation products of silicone. polydimethylsiloxanes, were evaluated as a substitute for silicic acid. Although more soluble, these compounds were poorly absorbed by the plant and could not prevent wheat powdery mildew infection under our experimental conditions. They also induced severe symptoms of phytotoxicity. This study is the first one to thoroughly assess under controlled conditions the effect of silicone-derived compounds on plant growth. Based on our results, these compounds do not appear to have any prophylatcic effect on plants and should further be monitored with care when released in the environment on agricultural lands.