Study of the potential priming effects of Satureja montana L. and Artemisia absinthium L. var. Candial essential oils on Solanum lycopersicum L., var. Marmande against the root-knot nematode Meloidogyne javanica (Treub) Chitwood

Abstract

Synthetic pesticides are widely criticized for their harmful effects on the environment. To replace them, biopesticides are very good competitors, and essential oils, can be part of this change. To allow an easy utilization of such products, one of the solutions is to use these oils as priming agents on plants. This study investigates the potential priming effects of essential oils of Satureja montana L. and Artemisia absinthium L. var. Candial applied by seed coating or mixed with the substrate on Solanum lycopersicum L. var. Marmande plants to combat the nematodes Meloidogyne javanica (Treub) Chitwood. Results show for the first time a potential priming effect of S. montana essential oil on tomato plants against root knot nematode by displaying significative reduction of the number of big galls per gram of root compared to the infested control and a trend of global nematode infestation reduction on the nodulation index. Metabolomic analyses by HPLC-MS, UPLC-MS/Qtof and GC-MS show a production increase of a molecule with 770 m/z and a relative composition change of a molecule identified as tributyl acetylcitrate which could be proves of the resistant effect given to the plants by essential oils. As for the other tested treatments, no significative reduction of nematode infestation was observed. Bio stimulation by synergistic effect of both essential oils on plants’ biomass production was observed and smaller bio stimulation effect was also observed for A. absinthium when applied on seeds. Finally, metabolomic analyses show the induction of a greater production of α-tomatine and relative composition changes of palmitic acid and hexatriacontane by the various treatments. In conclusion, essential oils are good candidates to prime tomato plants against root knot nematodes but the pathways allowing the active molecules of essential oils to prime tomato plants’ defenses are still unknown. Increase research in this domain might improve the knowledge on active priming molecules and lead to tailored choice in essential oils use.

Les pesticides de synthèses sont très critiqués pour leurs effets nocifs sur l’environnement. Pour les remplacer, les biopesticides sont de très bons concurrents et les huiles essentielles peuvent participer à ce changement. Pour permettre une application aisée de tels produits, une des solutions est d’utiliser ces huiles en tant qu’agent de priming sur les plantes. Ce travail étudie les effets potentiels de priming des huiles essentielles de Satureja montana L. et d’ Artemisia absinthium L. var. Candial appliquées par enrobage des graines ou mixées avec le substrat sur les plants de Solanum lycopersicum L. var. Marmande pour combattre les nématodes Meloidogyne javanica (Treub) Chitwood. Les résultats montrent pour la première fois un effet de priming potentiel de l'huile essentielle de S. montana sur les plants de tomates contre les nématodes du sol en affichant une réduction significative du nombre de grosses galles par gramme de racine par rapport au contrôle infesté et une tendance à la réduction globale de l'infestation par les nématodes sur l'indice de nodulation. Les analyses métabolomiques par HPLC-MS, UPLC-MS/Qtof et GC-MS montrent une augmentation de la production d'une molécule de 770 m/z et du changement dans la composition relative d'une molécule identifiée comme étant l'acétylcitrate de tributyle qui pourraient être les preuves de l’effet de résistance conféré aux plantes par l’huile essentielle. Pour les autres traitements testés, aucune réduction significative de l'infestation de nématodes n'a été observée. Une biostimulation par l'effet synergique des deux huiles essentielles sur la production de biomasse des plantes a été observée et un effet de biostimulation plus faible a également été observé pour A. absinthium lorsqu'elle est appliquée sur les graines. Enfin, les analyses métabolomiques montrent l’induction d’une plus grande production d'α-tomatine et des changements dans la composition relative de l'acide palmitique et de l'hexatriacontane par les différents traitements. En conclusion, les huiles essentielles sont de bonnes candidates pour stimuler les défenses des plants de tomates contre les nématodes du sol, mais les mécanismes permettant aux molécules des huiles essentielles d’activer ses défenses sont encore inconnus. L'intensification de la recherche dans ce domaine pourrait améliorer les connaissances sur les molécules actives de priming et conduire à un choix adapté dans l'utilisation des huiles essentielles.