Des avancées importantes sur la détection de la rouille noire (maladie du blé)

Les chercheurs rapportent des avancées majeures sur la compréhension et la détection des maladies de rouille qui sont en train de menacer les cultures du blé dans de nombreuses régions du monde. On sait que le gène Sr50 offre une résistance contre la rouille noire, mais on ignorait comment le champignon peut lutter contre cette résistance. Une meilleure détection permettra de prédire de futures épidémies, mais pour le moment, on peut dire que le champignon a une longueur d’avance.


Les chercheurs rapportent des avancées majeures sur la compréhension et la détection des maladies de rouille qui sont en train de menacer les cultures du blé dans de nombreuses régions du monde. On sait que le gène Sr50 offre une résistance contre la rouille noire, mais on ignorait comment le champignon peut lutter contre cette résistance. Une meilleure détection permettra de prédire de futures épidémies, mais pour le moment, on peut dire que le champignon a une longueur d'avance.

L‘expertise en virus a permis à Rothamsted Research de remporter une bataille majeure contre un agent pathogène fongique génétiquement versatile et qui a déjà fait des ravages sur la production mondiale de blé. L’équipe, d’Australie, des États-Unis et du Royaume-Uni, a identifié un gène responsable de la résistance de la plante hôte et elle a commencé à comprendre comment le champignon mute pour neutraliser ce gène d’avirulence afin de surmonter la résistance. Leurs résultats sont publiés dans Science.1

La maladie de la rouille noire

Pour la première fois, il sera possible de faire des tests ADN pour déterminer si une rouille dans une culture de blé peut contrer un gène de résistance à la rouille, connu comme Sr50, qui est introduit dans des variétés de blé à haut rendement selon Robert Park, professeur d’agriculture durable à l’Université de Sydney et co-responsable de l’équipe de recherche.

Cela indiquera si une culture de blé donnée doit être pulvérisée rapidement avec un fongicide coûteux pour se protéger contre la rouille noire, qui autrement dévasterait la culture en quelques semaines selon Park. La recherche est une première étape importante pour aborder les défis diagnostiques posés par les champignons en constante évolution qui se traduisent par de nouvelles souches de pathogènes de la rouille selon Jaipeng Chen, un étudiant au doctorat qui travaille avec Park. Chen, qui est l’auteur principal du papier, a initié le travail en séquençant et en analysant le génome d’une souche virulente de rouille.

Du blé affecté par le rouille noire  - Crédit : 2013 DAFWA

Du blé affecté par le rouille noire – Crédit : 2013 DAFWA

Dans des conditions chaudes et sèches, le champignon, Puccinia graminis f. sp. tritici (Pgt), provoque la rouille noire qui a anéanti les récoltes de blé à travers l’histoire. Une forme particulièrement virulente, Ug99, s’est répandue en Afrique et au Moyen-Orient, l’Asie est menacée et d’autres souches virulentes ont récemment provoqué des épidémies en Europe.

Suivre la virulence de la rouille noire dans le monde

Nous pouvons désormais étudier la distribution des gènes d’avirulence dans les populations de Pgt et anticiper l’évolution de la virulence selon Peter Dodds, autre co-leader de l’équipe et spécialiste des maladies de la rouille fongique au CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research). Cette information peut aider à prioriser les gènes de résistance pour le déploiement dans différents endroits géographiques.

Les variétés de blé sont déjà sélectionnées pour contenir des gènes connus qui confèrent une résistance à la rouille noire, notamment le Sr50, qui peut encore contrôler le champignon. Ces gènes de résistance inhibent l’infection en détectant des protéines effectrices exprimées par les gènes d’avirulence du pathogène. Mais c’est une affaire de hasard.

Du blé affecté par le rouille noire

Du blé affecté par le rouille noire

Nous ignorons les protéines de la rouille noire qui étaient reconnues par les gènes de résistance au blé selon Dodds. Par conséquent, nous ne pouvions pas prédire la probabilité d’évolution de nouvelles souches virulentes ou la durabilité de gènes de résistance particulière. Dans le laboratoire de Dodds, des travaux sur des plantes de tabac ont mis en évidence un gène fongique particulier en tant que candidat avirulence probable du gène de résistance Sr50. Cependant, il a fallu confirmer cette hypothèse par d’autres tests sur le blé.

Le système VOX pour déclencher la résistance du blé

Rothamsted a mis au point un système à base de virus capable de délivrer des protéines étrangères à l’intérieur des cellules du blé, connu sous le nom de surexpression de la protéine hétérologue véhiculée par le virus (VOX). Dans cette recherche, le vecteur viral était le virus de la mosaïque de l’orge. Quand le vecteur VOX a produit des protéines effectrices de la rouille du gène candidat dans le blé sans Sr50, alors nous avons observé des symptômes de mosaïque induite par le virus dans les plantes indiquant une infection selon Kostya Kanyuka, spécialiste en génomique fonctionnelle chez Rothamsted.

Cependant, ce même vecteur VOX a été complètement stoppé par le blé avec le Sr50 indiquant la reconnaissance par le gène de résistance de la protéine effectrice candidate et ses réponses défensives contre le virus. Même si les travaux ont été effectués à l’intérieur d’une installation de confinement de niveau 3, le plus élevé pour la science des plantes, aucun champignon ou rouille noire n’est entré dans Rothamsted. En effet, les agents pathogènes et les maladies sont des substances contrôlés et leur utilisation nécessiterait des permis spéciaux.

Selon Kanyuka, je considère ces données comme une preuve solide du concept en envisageant l’expansion de notre système VOX pour l’identification rapide des gènes d’avirulence d’autres espèces de rouille telles que la rouille jaune du blé et des autres pathogènes infectant le blé. Le fait de mener cette étude dans le laboratoire comme une transformation transitoire, qui ne fonctionne que pendant la durée de vie de chaque plante, plutôt que comme une transformation stable, a permis d’économiser du temps et de l’argent. En effet, une transformation stable implique une modification génétique du génome et des essais en cultivant le blé. Cela implique aussi que les résultats sont limités, car l’aspect positif n’est observable que dans des cas individuels.

L’Ug99, une variante très virulente de la rouille noire

La forme très agressive de l’Ug99 du champignon de la rouille noire qui est apparue en 1998 en Ouganda, est devenue encore plus puissante, car elle s’est répandue en Afrique et au Moyen-Orient et les vents menacent de le transporter en Asie. L’Europe n’a pas encore détecté Ug99. Même si la rouille noire n’est apparue qu’une seule fois au Royaume-Uni au cours des 40 dernières années, d’autres nouvelles souches fongiques sont apparues en Allemagne et au Danemark en 2013, en Sicile en 2016 et en Suède en 2017. La maladie continue d’être une menace en Amérique du Nord.

Melania Figueroa et Brian Steffenson de l’Université du Minnesota et Yue Jin du Service de recherche agricole du département de l’Agriculture des États-Unis ont élargi les résultats de l’étude en examinant les souches de l’agent pathogène de la rouille noire provenant d’autres régions du monde incluant les États-Unis et l’Afrique.

Il est important d’observer ce gène dans les souches de rouille du monde entier pour avoir une idée de l’endroit où la virulence est le plus susceptible d’évoluer selon Figueroa, professeure adjointe en pathologie végétale à l’Université du Minnesota. Selon Park, c’est comme une course aux armements et nous devons garder une longueur d’avance sur ce pathogène. La dernière grande épidémie de rouille du blé en Australie en 1973 a provoqué une perte de 225 millions de dollars et à cette époque, les rendements n’étaient pas si importants. Selon Dodds, la demande de blé dans le monde en développement devrait augmenter de 60 % d’ici 2050 et en termes économiques, les ramifications sont vraiment considérables.

Sources

1.
Loss of AvrSr50 by somatic exchange in stem rust leads to virulence for Sr50 resistance in wheat. Science. http://dx.doi.org/10.1126/science.aao4810. Accessed December 21, 2017.
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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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