# Mise en place d'un outil analytique de Prédiction d'efficacité des alternatives aux pesticides et aux engrais minéraux en agriculture (Biostimulants et agents de Biocontrôle)

Kamar Hamade, Audrey Pecourt, Ophélie Fliniaux, Roland Molinié, Jean-Xavier Fontaine, Laurent Petit, Vivien Sarazin, François Mesnard

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Kamar Hamade, Audrey Pecourt, Ophélie Fliniaux, Roland Molinié, Jean-Xavier Fontaine, et al. Mise en place d'un outil analytique de Prédiction d'efficacité des alternatives aux pesticides et aux engrais minéraux en agriculture (Biostimulants et agents de Biocontrôle). 15ème journée scientifique du RFMF, May 2023, Perpignan, France. hal-04424852

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Submitted on 29 Jan 2024

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# Mise en place d'un outil analytique de prédiction d'efficacité des alternatives aux pesticides et aux engrais minéraux en agriculture (biostimulants et agents de biocontrôle) – PREDI2BIO

Kamar Hamade<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, Audrey Pecourt<fnref n="2" />, Ophélie Fliniaux<fnref n="1" />, Roland Molinié<fnref n="1" />, Jean-Xavier Fontaine<fnref n="1" />, David Mathiron<fnref n="3" />, Laurent Petit<fnref n="1" />, Vivien Sarazin<fnref n="2" />, François Mesnard<fnref n="1" />

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<figure><img src="image_3.png" /></figure>

## INTRODUCTION

Dans le contexte de la transition agroécologique, la réduction de l'usage des produits phytosanitaires est un enjeu capital. Il est donc nécessaire de privilégier l'utilisation d'intrants respectueux de l'environnement et de la santé humaine pour la protection des cultures face aux stress biotiques et abiotiques. Mais cela ne peut se faire au détriment de la productivité.

Ainsi la recherche dans les domaine du biocontrôle et de la biostimulation sont en plein essor et un certain nombre de molécules, tels que les stimulateurs de la défense des plantes (SDP), sont désormais disponibles sur le marché pour une utilisation en agriculture raisonnée[1]. Cependant, l'efficacité d'un biointrant va souvent dépendre grandement des conditions agropédoclimatiques ainsi que des espèces cultivées. Sans essai préalable, il est impossible de pouvoir être assurer que le SDP ou le biostimulant choisi sera efficace lors de son utilisation en conditions réelles.

L'Agro-K® (NUFARM) est un biostimulant à base d'extraits de cactus, utilisé pour optimiser et améliorer la floraison et la fructification des plantes. Il est utilisé sur le blé, pour améliorer la vigueur et renforcer la résistance à la verse[2].

## OBJECTIF

Une analyse comparative non-ciblée des métabolites des racines du blé, traités ou non avec l'Agro-K®, a été réalisée en utilisant la RMN du proton et la LC-MS. Le but était d'évaluer la réponse métabolique après traitement avec l'Agro-K®, ainsi que la potentiel présences d'évolution pour les biomarqueurs métaboliques typiques d'une réponse à des stress biotiques & abiotiques.

## MATERIELS ET METHODES

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### 3-Acquisition par RMN et UPLC-MS

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**Acquisition RMN**

* RMN 600 MHz TXI-5mm Bruker

* NOESY 1D

* TopSpin version 3.5

**Acquisition UPLC**

* Colonne: Kinetex C18 1.7µm, 100 mm x 2.1 mm, Phenomenex

* Volume d'injection: 1µL

* Débit: 0.5 mL/min, T:50°C

* A: 95%-5% (H2O+0.1% HCOOH)

* B: 5%-95% (MeOH)

**Acquisition TOF-MSE-EI (+)/(-)**

* Resolution: 50 000 FWHM

* MSE: no ions selection (Q)

* Rampes d'énergie dans la cellule de collision

* Mobilité ionique (ions separation CSS)

### 2-Extraction de métabolome

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### 4-Traitement de données

**Acquisition de données RMN**

* Phasage automatique des spectres 1H (Topspin 3.5)

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

**Acquisition et Processing**
(Unifi system software 1.9.4)

* Réalignement des spectres (package "icoshift"):

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

**Alignement et integration des pics**
(Unifi software)

* -Par jour de prélèvement

* -Par condition

* -par organe étudié

(MatLab 2017b)

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**ACP score plot (SIMCA-P software)**

* Découpage en bins (package "DAB") et integration.

* Suppression des signaux résiduels des solvants

* Suppression des signaux inférieurs au seuil de detection (3,3x le bruit)

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

**ACP score plot (SIMCA-P software)**

### ACP score plot des données RMN et UPLC-MS des racines de Blé en condition contrôle ou traitées avec AGRO-K

(48H, J9, J16, J28, J35, J45, J49)

## RESULTATS

* ✓ Pour les différents jours de prélèvement (jours post-traitement), les ACP obtenues à partir des analyses RMN ainsi que des analyses UPLC-MS des racines de blé, font bien apparaître la **séparation des échantillons contrôles et traitées** avec l'AGRO-K, selon les deux composantes principales 1 et 2.

* ✓ Le traitement avec l'AGRO-K aboutit à une **réorganisation majeure des métabolismes** primaire et secondaire, dans les racines du Blé.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Ratio AGRO-K/CT en log10, des moyennes des intégrations pour les métabolites influençant le plus la séparation des échantillons CT et AGRO-K, au niveau des ACP à différents jours de prélèvement. (p<0.01) ■ 48H ■ J9 ■ J16 ■ J28 ■ J35 ■ J42 ■ J49</figcaption></figure>

### Voie de biosynthèse des polyamines

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

## CONCLUSION

Le traitement avec l'Agro-K® engendre des variations significatives, au niveau du métabolisme primaire et secondaire, dans les racines du blé. Ces variations sont observées principalement au niveau des métabolites impliqués dans la voie de biosynthèse des polyamines. Ces derniers ont plusieurs fonctions biologiques dans la régulation de la prolifération et de la différenciation cellulaire, dans la rhizogenèse et la morphogenèse des organes floraux et la maturation des fruits, mais aussi dans les réponses aux stress biotiques et abiotiques[3] [4].

## REFERENCES

[1] H. Cawoy et al., "Plant defense stimulation by natural isolates of bacillus depends on efficient surfactin production," Mol. Plant-Microbe Interact. MPMI, vol. 27, no. 2, pp. 87-100, Feb. 2014, doi: 10.1094/MPMI-09-13-0262-R.

[2] "Agro-K, la solution qui donne de la vigueur à votre blé," Nufarm France. https://nufarm.com/fr/product/agrok/.

[3] S. Liu et al., "The Role of Hydroxycinnamic Acid Amide Pathway in Plant Immunity," Front. Plant Sci., vol. 13, p. 922119, 2022, doi: 10.3389/fpls.2022.922119.

[4] D. M. Macoy, W.-Y. Kim, S. Y. Lee, and M. G. Kim, "Biotic stress related functions of hydroxycinnamic acid amide in plants," J. Plant Biol., vol. 58, no. 3, pp. 156-163, Jun. 2015, doi: 10.1007/s12374-015-0104-y.

<footnote n="1">¹ UMRT INRAE 1158 BioEcoAgro, Laboratoire de Biologie des Plantes et Innovation (BIOPI), UPJV, 80000 Amiens, France</footnote>

<footnote n="2">² AGROSTATION, 30 Rue de la Station, 68700 Aspach-le-Bas, France</footnote>

<footnote n="3">³ Platforme Analytique, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France</footnote>