Vectorisation d’un fongicide en vue de manipuler sa biodisponibilité pour réduire les impacts environnementaux

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biodisponibilité pour réduire les impacts

environnementaux

Hanxiang Wu, Sophie Marhadour, Zhiwei Lei, Cécile Marivingt-Mounir,

Jean-Louis Bonnemain, Jean-François Chollet

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Hanxiang Wu, Sophie Marhadour, Zhiwei Lei, Cécile Marivingt-Mounir, Jean-Louis Bonnemain, et

al.. Vectorisation d’un fongicide en vue de manipuler sa biodisponibilité pour réduire les impacts

environnementaux. Editions du GFP. Enjeux environnementaux et sanitaires associés aux pesticides :

de leur usage à leur dispersion dans l’environnement en lien avec leur impact, 2017, 978-2-9545611-7-2.

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Vectorisation d’un fongicide en vue de manipuler sa

biodisponibilité pour réduire les impacts environnementaux

Hanxiang Wu (1), Sophie Marhadour (1), Zhiwei Lei (2), Cécile Marivingt-Mounir (1),

Jean-Louis Bonnemain (3), Jean-François Chollet (1)

(1) _{IC2MP (Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers), UMR CNRS 7285, Université de}

Poitiers, 4 rue Michel Brunet, TSA 51106, F-86073 Poitiers Cedex 9, France

(2) _{Guizhou Tea Reasearch Institute, Guizhou Academy of Agricultural Science, Guiyang, Guizhou 550009,}

China.

(3) _{Laboratoire EBI (Écologie et Biologie des Interactions), UMR CNRS 7267, Équipe SEVE (Sucres, Échanges}

Végétaux, Environnement), Université de Poitiers, 3 rue Jacques Fort, TSA 51106, F-86073 Poitiers Cedex 9, France

La plupart des produits phytopharmaceutiques systémiques phloémiens ou ambimobiles sont des herbicides ; l’absorption de ces produits dans le phloème a lieu en général par le mécanisme de piégeage d’acide. Toutefois, quelques molécules (notamment le paraquat, le glyphosate et le phosphite) sont manipulées par des transporteurs de la membrane plasmique, une propriété non programmée initialement (Figure 1). Dans un passé récent, nous avons mis en évidence que des systèmes de transport d’acides aminés pouvaient manipuler des xénobiontes halogénés couplés à un acide alpha-aminé ayant une masse moléculaire plus importante que leur substrat naturel (Figure 1) (Chollet et al., 1997; Deletage-Grandon et al., 2001). Ces conjugués, qui associent dans leur structure un herbicide (2,4-D) et un alpha-amino acide (lysine), sont distribués dans la plante de manière différente que la molécule parent, avec notamment un transport plus important vers l’extrémité des racines.

En prenant en compte i/ la nécessité de diminuer les quantités de composés phytopharmaceutiques utilisés comme cela est prévu dans les plans Ecophyto, notamment en améliorant le ciblage des parasites, ii/ le besoin de mettre au point des fongicides capables de lutter contre des pathogènes jusqu’ici hors de portée des molécules classiques (par exemple les maladies vasculaires ou racinaires), nous avons étendu notre stratégie utilisant les systèmes de transport de nutriments à des molécules fongicides. Nous avons choisi comme molécule modèle un dérivé de la famille des phénylpyrroles, le fenpiclonil. Celui-ci a ensuite été couplé à un nutriment (sucre ou

Glyphosate (1) Paraquat (3) Putrescine

Sap

Symplast

Apoplast

carriers carriersAux Oligopeptidecarriers

H2PO3 (2)

-H2PO4

-Figure 1. Transporteurs possibles impliqués dans l'absorption des

xénobiotiques par le phloème (chargement apoplastique); 1, d’après Denis and Delrot, 1993; 2, d’après Leconte et al., 1988; 3, d’après Hart et al., 1992; 4, d’après Deletage-Grandon et al., 2001 (hypothèses). Le transport actif du glyphosate, du paraquat et de 2,4D-Lys est complété par une composante diffusive.

N NC Cl Cl CO2Me N NC Cl Cl CO2H N NC Cl Cl H N O N NC Cl Cl H N O N N N N H NC Cl Cl CO2Me Br NaOH, EtOH DMAP, EDCl, CH2Cl2 H2N CuSO4.5H2O, t-BuOH, H2O, O AcO OAc OAc AcO N NC Cl Cl H N O N N N O HO OH OH HO NaOMe, MeOH O AcO OAc OAc AcO N3 SM26 F30 SM95 SM96 SM99 fenpiclonil n-BuLi, THF

acide alpha-aminé) en utilisant la méthode de “Click chemistry”, un espaceur étant introduit entre le fongicide et la molécule naturelle. Trois conjugués ont ainsi été synthétisés, dont deux avec un acide aminé (SM 101, SM 107) et un avec un sucre (SM 99) (Figure 2).

Nous avons ensuite étudié l’absorption et la systémie phloémienne de deux de ces molécules en utilisant le système ricin communément utilisé pour étudier le transport de divers xénobiontes (Figure 3) (Chollet et al., 2005; Rocher et al., 2009; Yang et al., 2011; Yuan et al., 2013).

À un pH voisin du pH apoplastique (pH 5,0), le coefficient de partage octanol / eau Log D est favorable à une diffusion membranaire (tableau 1). Cependant, en prenant en compte les modèles prédictifs maintenant utilisés (Rocher et al., 2016), d’autres descripteurs ou propriétés physico-chimiques de SM 99 et SM 101 sont incompatibles avec une diffusion au travers de la membrane plasmique. En effet, ces conjugués ont des valeurs trop élevées de leur masse moléculaire (> 500 Da pour SM 99 et SM 101), du nombre de groupes accepteurs d’hydrogène (> 10 pour SM 99 et SM 101), de leur surface polaire (> 140 Å2 _{pour SM 99 et SM 101) et de leur} nombre le liaisons à libre rotation (> 10 pour SM 101) (Tableau 1).

Figure 3

A : Plantule de ricin 5 jours après le semis B : Plantule après enlèvement de l’albumen C : Période d’incubation de 2h par

immer-sion des cotylédons dans une solution du produit étudié

D : Section perpendiculaire de l’hypocotyle

au niveau de la crosse

E : Collecte de la sève phloémienne à l’aide

d’une micropipette durant une période de 2h

Figure 2. Synthèse multi-étapes de conjugués entre un fongicide (fenpiclonil) et un nutriment : exemple du glucose.

Tableau 1. Structures et quelques descripteurs / propriétés physico-chimiques des composés étudiés calculés avec le logiciel ACD / Labs Percepta version 2015. MW: poids moléculaire; HBA: nombre d'accepteurs de liaison hydrogène; FRB: liaisons à libre rotation; PSA: surface polaire.

No Structure MW HBA Log D

(pH 5.0) FRB

PSA (Å2)

SM 99 551,38 12 0,71 8 178,68

SM 101 561,42 12 0,42 13 180,95

Néanmoins, les résultats obtenus avec notre modèle Ricin indiquent que ces conjugués sont retrouvés à des degrés divers dans la sève phloémienne et donc, ils ont franchi au moins une fois la membrane plasmique. La systémie phloémienne du conjugué avec le glucose (SM 99) est extrêmement faible. En utilisant une solution d’incubation à 100 µM ou à 500 µM, on ne retrouve respectivement que 0,2 µM ou près de 2 µM de SM 99 dans la sève phloémienne (Figure 4).

En revanche, le conjugué avec un alpha-aminoacide SM 101 présente une meilleure systémie phloémienne. Nous avons réalisé une cinétique de la concentration de SM 101 dans la sève phloémienne en fonction du temps en utilisant une solution d’incubation tamponnée à pH 5,0 et contenant 100 μM de produit. Comme nous le montre la figure 5 (n = 22 plantes), on retrouve rapidement la molécule dans la sève phloémienne. La concentration augmente ensuite progressivement pour atteindre 6 μM au bout de 3 heures et plafonner ensuite à 11-12 μM après 5 heures de collecte. Par ailleurs, la systémie de ce conjugué dépend du pH de la solution d’incubation, étant optimale aux pH acides (pH 5,0 et 6,0). Elle dépend aussi de la forme L et D de l’acide aminé, la forme L étant la seule manipulée.

N NC Cl Cl H N O N N N O HO OH OH HO N NC Cl Cl H N O N N N NH O NH2 CO2H 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Figure 4. Concentration de SM 99 dans la sève phloémienne de ricin après une incubation de 2 h dans une solution 100 ou 500 µM de SM 99, section de l’hypocotyle et collecte de la sève durant 2 h.

En conclusion, ce travail met en évidence que des transporteurs de la membrane plasmique peuvent reconnaître et manipuler des xénobiotiques considérablement plus volumineux que leur substrat naturel et qu’il est possible par cette stratégie de programmer la synthèse de molécules ayant une action locale par accumulation dans les tissus foliaires ou des molécules agissant à longue distance sur des pathogènes inaccessibles aux fongicides classiques. Le couplage avec un alpha-aminoacide apparaît toutefois plus prometteur que celui avec le glucose, les concentrations retrouvées dans la sève phloémienne étant nettement plus élevées.

Il paraît ainsi possible d’améliorer le ciblage des parasites avec pour objectif de réduire de façon sensible les apports de produits phytopharmaceutiques.

Remerciements : Les auteurs remercient FranceAgriMer, InterLoire and JAS Hennessy & Co. pour le support

financier de ces travaux.

Mots-clés : « click chemistry », conjugués phénylpyrrole-nutriment, vectorisation

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Chollet JF, Rocher F, Jousse C, Deletage-Grandon C, Bashiardes G, Bonnemain JL (2005) Acidic derivatives of the fungicide fenpiclonil: effect of adding a methyl group to the N-substituted chain on systemicity and fungicidal activity. Pest Manage. Sci. 61: 377-382

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Rocher F, Chollet JF, Legros S, Jousse C, Lemoine R, Faucher M, Bush DR, Bonnemain JL (2009) Salicylic acid transport in Ricinus communis involves a pH-dependent carrier system in addition to diffusion. Plant Physiol. 150: 2081-2091

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Yuan JG, Wu HX, Lu ML, Song GP, Xu HH (2013) Synthesis of a series of monosaccharide-fipronil conjugates and their phloem mobility. J. Agric. Food Chem. 61: 4236-4241

1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Figure 5. Concentration de SM 101 dans la sève

phloémienne de ricin après une incubation de 2 h dans une solution 100 µM de SM 101, section de l’hypocotyle et collecte de la sève toutes les heures durant 6 h.