Identifier les gènes permettant d’améliorer la résistance aux maladies des cultures vulnérables
La santé des végétaux est vitale pour la sécurité alimentaire, mais jusqu’à 30 % de nos cultures vivrières de base les plus importantes sont perdues à cause des maladies. Les tissus des cultures peuvent être traités chimiquement au-dessus du sol, mais les systèmes racinaires sont plus compliqués à protéger. La plupart des efforts consistent à élever sélectivement des plantes résistantes à des agents pathogènes spécifiques ou par modification génétique. «Mais les agents pathogènes finissent par gagner ou par échapper aux gènes de résistance aux maladies», explique Sebastian Schornack, coordinateur du projet ACHILLES-HEEL, financé par le Conseil européen de la recherche. ACHILLES-HEEL a identifié les processus végétaux essentiels sur lesquels s’appuient les agents pathogènes pour pénétrer et s’établir dans une plante. «Nous avons considéré que cette dépendance était leur talon d’Achille. Si nous pouvons éliminer ces processus, nous affaiblissons la capacité de l’agent pathogène à provoquer des maladies», ajoute Sebastian Schornack de l’Université de Cambridge, hôte du projet. Puisque des agents pathogènes similaires nécessiteraient probablement des processus végétaux similaires pour l’infection, cette approche offre la possibilité d’une solution à grande échelle. ACHILLES-HEEL a identifié des gènes qui peuvent conférer aux plantes une plus grande résistance à l’infection des racines, après une manipulation partielle ou complète des fonctions.
Trouver l’agent pathogène de test
Le premier défi de l’équipe était que les agents pathogènes dépendant de la cooptation des processus d’une plante – au lieu de simplement tuer l’hôte – se sont généralement adaptés à des hôtes spécifiques, rendant tout processus permettant l’infection identifié pertinent pour cet unique agent pathogène. Les exemples incluent les charbons du maïs, les rouilles du pois et les oïdiums de l’orge. «Nous avions besoin d’un agent pathogène qui infecte un large éventail de plantes non apparentées, tout en maintenant les tissus en vie. Cela met en évidence les mécanismes végétaux communs que l’agent pathogène utilise et qui doivent être désactivés», explique Sebastian Schornack. Phytophthora palmivora répond à ce besoin, car il colonise les racines et les feuilles des légumineuses, de l’orge, du blé et, comme l’équipe l’a découvert, les hépatiques. Après avoir développé un logiciel d’analyse de données, l’équipe a mené des tests d’infection par des pathogènes racinaires et foliaires aboutissant à l’identification de deux gènes chez une légumineuse (Medicago truncatula), capables de manipuler les processus végétaux utilisés par le pathogène. L’un, RAD1, n’est pas adapté car il perturbe la colonisation fongique bénéfique, mais l’autre, API, est actuellement testé sur l’orge. «L’orge dispose de trois de ces gènes. Nous les inactivons tous individuellement pour voir si les plantes deviennent plus résistantes à l’infection des racines par Phytophthora. Les premiers résultats semblent prometteurs, mais nous devons encore tester les effets sur les champignons bénéfiques», déclare Sebastian Schornack. Pour ce faire, l’équipe utilise un outil basé sur l’intelligence artificielle de sa propre conception appelé AMFinder qui détecte les structures fongiques à l’intérieur des racines. Une découverte surprenante a été que les plantes aux racines résistantes pouvaient toujours être sensibles dans leurs pousses et vice versa. «La colonisation par des microbes filamenteux est spécifique à un organe, et l’inactivation d’un gène dans la plante peut ne pas avoir le même impact partout», fait remarquer Sebastian Schornack.
Potentiel de croissance
Traditionnellement, la sélection de plantes résistantes implique l’introduction de gènes de récepteurs immunitaires appelés NLR. Mais cela prend du temps et confère généralement une résistance à un agent pathogène spécifique uniquement, tandis que les approches transgéniques plus rapides se heurtent à des obstacles juridiques dans de nombreux pays de l’UE. S’ils s’avèrent efficaces, les gènes identifiés par ACHILLES-HEEL pourraient être utilisés par les phytogénéticiens de cultures de base pour aider à assurer l’approvisionnement alimentaire, avec un potentiel pour d’autres cultures commerciales généralement cultivées dans les pays en développement et attaquées par Phytophthora palmivora, telles que le palmier à huile, le cacao, le cocotier, l’hévéa et le papayer. «Étant donné la similitude de la stratégie d’infection de Phytophthora avec d’autres agents pathogènes, cela sera probablement pertinent pour d’autres agents pathogènes tels que Pythium, le champignon de la rouille et Fusarium», conclut Sebastian Schornack. Les ressources publiées du projet aideront les chercheurs à détecter et caractériser Phytophthora palmivora, et incluront une description de son cycle de vie et un transcriptome annoté de l’infection racinaire.
Mots‑clés
ACHILLES-HEEL, cultures, agent pathogène, maladie, infection, gène, résistance, reproduction, champignons, API, plante, racines, tissu
