Pour une production contrôlée d’agarwood d’Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte en Guyane : Approches métagénomique, biochimique et histologique

Sujet : « Pour une production contrôlée d’agarwood d’Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte en Guyane : Approches métagénomique, biochimique et histologique ».
Candidat :  Madame Clara ZAREMSKI
Directeur de thèse : Monsieur DUCOUSSO Marc
Spécialité : Biologie des organismes, biologies animales, végétales et microbiennes
Date :  mardi  4 février 2020 à 09h00 à l’amphithéâtre A de  l’Université de Guyane

Résumé :

Aquilaria Lam. est un genre d’arbre tropical de la famille des Thymelaeaceae, originaire de l’Asie du Sud-Est. Ce genre compte actuellement 21 espèces dont le bois sain est de couleur blanche. Lorsque l’arbre est blessé, en interactions avec des micro-organismes environnementaux, l’arbre produit un bois transformé par sa forte teneur en composé secondaires. Ce bois transformé, appelé agarwood, présente une forte teneur en oléorésines, composée notamment de chromones et de sesquiterpènes qui lui confère sa couleur noire.

L’agarwood est particulièrement apprécié pour son odeur intense et boisée. Il est utilisé en tant qu’encens dans certaines cérémonies religieuses, ou pour la fabrication de bijoux ou d’objets aux connotations religieuses. L’huile essentielle obtenue par hydrodistillation d’agarwood ou de bois blanc est également très prisée en parfumerie et dans certaines médecines traditionnelles, notamment chinoise, tibétaine et ayurvédique, pour ses propriétés sédatives et anticancéreuses, notamment. Les feuilles sont également consommées en infusions, auxquelles sont attribuées beaucoup de bienfaits. Les produits issus d’Aquilaria sont très demandés sur le marché, notamment en Asie du Sud Est et au Moyen-Orient. Aussi, la valeur commerciale des produits issus des arbres du genre Aquilaria est élevée, avec un marché mondial estimé en 2018, à 11 milliards d’US$.
La stimulation de la production d’oléorésine par des méthodes inadaptées est un des problèmes parmi d’autres que rencontre le marché de l’agarwood. A cela s’ajoutent d’autres problèmes tels que le contrôle de la génétique de la plante, la maîtrise de la conduite des plantations, l’initiation de la production d’agarwood et sa maturation en interaction avec des microorganismes sélectionnés qui devraient permettre d’obtenir un agarwood de qualité contrôlée et les méthodes d’extraction des huiles essentielles.

Face à la demande croissante sur le marché mondial, les agriculteurs guyanais originaires du Laos, désireux de diversifier leurs activités, ont participé à des plantations expérimentales d’Aquilaria en Guyane. L’objectif du projet Aquil@Guyane est d’aider ces planteurs à produire une huile essentielle de composition chimique contrôlée, unique sur le marché mondial par sa composition et son mode de production, respectueux de la biologie de l’arbre et de l’environnement.

Face à ces enjeux, le travail de thèse a consisté à mener des recherches pour développer la production d’agarwood sur Aquilaria crassna en Guyane. Dans un premier temps, nous avons caractérisé les communautés fongiques présentes dans le bois d’A. crassna. Ensuite, nous avons évalué la composition des huiles essentielles obtenues après inoculations de ces arbres par des champignons de Guyane. Puis nous avons testé la capacité de cellules de cals d’A. crassna à produire de l’agarwood après inoculation de champignon, en laboratoire.

Le but était d’identifier des champignons couramment retrouvés dans l’agarwood mais aussi les champignons propres aux champs de Guyane qui pourrait induire une composition singulière de l’agarwood de Guyane. Cette étude a permis de constater que peu de Basiodiomycètes sont présents dans le bois blanc d’Aquilaria alors qu’ils sont couramment présents dans l’agarwood. Sur les champs d’A. crassna en Guyane, les champignons en interaction avec les A. crassna, ont été caractérisés avant et après blessure des arbres. Ainsi, les variations de cortèges de micro-organismes entre les parcelles et entre les arbres sains et blessés ont été mises en évidence. Ainsi, dans le village de Cacao, deux genres de champignons principaux sont en interaction les arbres sains, il s’agit d’Aspergillus et de
Nigrospora. Dans le village de Régina, les genres de champignons associés aux arbres sains sont Cladosporium et Periconia. Ce dernier genre, Periconia, est également le genre majoritaire dans les arbres blessés de Régina. A Cacao, les arbres blessés sont en interactions avec deux souches principales pour les parcelles A et B, respectivement Paraphaeosphaeria et Cladosporium alors que les arbres de la parcelle C sont en interaction avec plusieurs genres dont aucun n’est majoritaire. Ces champignons endophytes sont donc caractéristiques des plantations de Guyane. Grace à la détermination des souches de champignons présents dans les Aquilaria sain, en comparaison avec des agarwood témoins, nous avons mis en évidence que les Basiodiomycètes sont très présents dans les témoins d’agarwood alors qu’ils ne le sont presque pas, au profit des Ascomycètes, dans le bois sain.

Deux méthodes d’induction de l’agarwood ont été comparées : une méthode d’induction par blessure avec ou sans ajout de terre de la plantation et une méthode d’induction par inoculation de souches sélectionnées de Basidiomycète. Des champignons ont été sélectionnés pour leur origine Guyanaise, leur caractère lignivore (pourritures fibreuse et cubique), la relative facilitée à les cultiver au laboratoire. Ces deux modes d’inoculation ont permis la production d’agarwood. La méthode d’induction de l’agarwood par inoculation de champignons lignivores de Guyane, notamment les champignons de pourriture fibreuse Ganoderma resinaceum, Gloeophyllum trabeum et Pycnoporus sanguineus est la plus performante pour obtenir un agarwood de qualité proche du témoin interne.

La Spectrométrie Proche Infrarouge (SPIR) a été utilisée pour différencier le bois blanc et l’agarwood, mais aussi pour distinguer différentes compositions chimiques d’agarwood. Les résultats obtenus sont cohérents avec ceux de l’analyse biochimique ; l’utilisation de la SPIR pour contrôler la qualité de l’agarwood avant son hydrodistillation est envisageable. Ce contrôle permettrait d’hydrodistiller des lots d’agarwood de qualité homogène et ainsi d’obtenir des huiles essentielles de qualité homogène.

Une méthode de culture de cals d’Aquilaria a été mise au point. Les cals ont ensuite été inoculés avec des souches de champignons sélectionnées. Les résultats
indiquent que la production de terpènes par les cals d’Aquilaria contaminés par des souches de champignons de pourriture fibreuse est possible en laboratoire. Cela permet d’envisager la mise en place de recherches en vue de développer de l’agarwood en laboratoire, à partir de cals et d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes de défenses des cellules d’Aquilaria face à l’agression fongique.

Le modèle développé en Guyane pour la production d’huiles essentielles à partir d’agarwood d’Aquilaria repose sur la mise en place de plantations pour lesquelles on induit la production d’agarwood par diverses méthodes. Les recherches pourraient se prolonger en étudiant la production d’agarwood à partir des champignons identifiés les plus performants durant le travail de thèse et par la sélection de nouvelles souches guyanaises pour la production d’agarwood. Enfin, ce travail devra déboucher sur un transfert de compétences techniques vers les agriculteurs, tout en maintenant les collaborations entre scientifiques et agriculteurs dans l’objectif d’une pratique toujours au fait des nouveautés scientifiques, du respect de l’environnement et des cadres législatifs nationaux et internationaux.

 

Abstract :

Aquilaria Lam. is a genus of tropical tree of the family Thymelaeaceae, native to Southeast Asia. This genus currently has 21 species whose healthy wood is white. When the tree is injured, in interactions with environmental micro-organisms, the tree produces a wood transformed by its high content of secondary compounds. This processed wood, called agarwood, has a high content of oleoresins, including chromones and sesquiterpenes, which gives it its black color.

Agarwood is particularly appreciated for its intense and woody smell. It is used as incense in certain religious ceremonies, or for the manufacture of jewellery or objects with religious connotations. The essential oil obtained by hydrodistillation of agarwood or white wood is also very popular in perfumery and in some traditional medicines, especially Chinese, Tibetan and Ayurvedic, for its sedative and anticancer properties, among others. The leaves are also consumed in infusions, which are attributed many benefits. Products from Aquilaria are in great demand in the market, particularly in South East Asia and the Middle East. Also, the commercial value of Aquilaria tree products is high, with a world market estimated in 2018, at US $ 11 billion.

Stimulating the production of oleoresin by unsuitable methods is one of the problems among others in the agarwood market. Added to this are other problems such as the control of the genetics of the plant, the control of the management of
plantations, the initiation of the production of agarwood and its maturation in interaction with selected microorganisms which must allow to control agarwood quality and methods of extracting essential oils. Facing the growing demand of the world market, translated by Guyanese farmers from Laos, wishing to diversify their activities, experimental plantations of Aquilaria have been set up in French Guiana. The objective of the Aquil @ Guyane project is to help these planters produce an essential oil of controlled chemical composition, unique in the world market by its composition and production method, respectful of the biology of the tree and the environment.

In this frame, the thesis work consisted of conducting research to develop agarwood production with A. crassna in French Guiana. At first, we characterized the fungal communities present in the A. crassna wood. Then, we evaluated the composition of the essential oils obtained after inoculation of these trees by fungi of Guyana. Then we tested the cell capacity of A. crassna callus to produce agarwood after inoculation with fungus, in laboratory conditions.

The goal was to identify fungi commonly found in agarwood but also the fungi specific to the fields of Guyana that could induce a unique composition of this Agarwood. This study found that few Basiodiomycetes are present in Aquilaria whitewood while they are commonly found in agarwood. On the fields in French Guiana, fungi interacting with A. crassna, were characterized before and after injury of the trees. Thus, the variations of processions of micro-organisms between plots and between healthy and injured trees were highlighted. Thus, in the village of Cacao, two main genera of fungi interact with healthy trees, namely Aspergillus and Nigrospora. In the village of Regina, the fungal genera associated with healthy trees are Cladosporium and Periconia. The latter genus, Periconia, is also the majority genus in the injured trees of Regina. In Cacao, the injured trees interact with two main strains for parcels A and B, respectively Paraphaeosphaeria and Cladosporium, while the trees in plot C interact with several genera, none of which are dominant. Thanks to the determination of fungal strains present in healthy Aquilaria, in comparison with control agarwoods, we have shown that
Basiodiomycetes are very present in agarwood controls when they are almost not, for the benefit of Ascomycetes, in the healthy wood.

Two methods of agarwood induction were compared: a wound induction method with or without addition of soil of the plantation and a method of induction by inoculation of selected strains of Basidiomycete. Fungi were selected for their Guyanese origin, their lignivorous character (fibrous and cubic rots), the relative ease of cultivating them in the laboratory. These two modes of inoculation allowed the production of agarwood. The method of induction of agarwood by inoculation of guinea-fungus fungi, especially the fibrous rot fungi Ganoderma resinaceum, Gloeophyllum trabeum and Pycnoporus sanguineus, is the most effective for obtaining a quality agarwood close to the internal control.

Near Infrared Spectrometry (NIRS) has been used to differentiate between whitewood and agarwood, but also to distinguish between different agarwood chemical compositions. The results obtained are consistent with those of the biochemical analysis; the use of NIRS to control the quality of agarwood before hydrodistillation is feasible. This control would enable to hydrodistillate batches of agarwood homogeneous quality and thus obtain essential oils of consistent quality.

A culture method of Aquilaria callus has been developed. The calli were then inoculated with selected fungal strains. The results indicate that the production of terpenes by Aquilaria calli contaminated with fibrous rot fungi strains is possible in the laboratory. This allows considering the establishment of researches to develop agarwood in laboratory, from callus and to improve our knowledge on the defence mechanisms of the cells of Aquilaria against the fungal aggression.

The model developed in Guyana for the production of essential oils from Aquilaria agarwood is based on the establishment of plantations whose production of agarwood is induced by various methods. The research could be extended by studying the production of agarwood from the best performing mushrooms identified during the thesis work and by the selection of new Guyanese strains for the production of agarwood. Finally, this work will lead to a transfer of technical
skills to farmers, while maintaining collaborations between scientists and farmers in the goal of a practice always aware of new science, respect for the environment and national and international legislative context.

Contact

Pour contacter l'École Doctorale, utilisez le formulaire de contact ci-dessous. Nous vous remercions de remplir l’ensemble des champs (★) en étant clair et précis afin qu’une réponse appropriée puisse être apportée.

Actualités