Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont dévoilé les résultats d'une étude génétique sur des feuilles de pomme de terre historiques, révélant comment le pathogène de la famine de la pomme de terre a évolué pour surmonter les défenses des plantes. Cette étude, qui a utilisé de nouvelles techniques de séquençage de l'ADN, fournit des informations qui pourraient orienter les futurs efforts de sélection végétale pour lutter contre ce pathogène persistant.
Université d'État de Caroline du Nord Des chercheurs ont fait des découvertes révolutionnaires en examinant le matériel génétique des feuilles de pomme de terre historiques.
Leur étude met en lumière la bataille évolutive dynamique entre les plants de pommes de terre et le pathogène responsable de la famine irlandaise. En utilisant des techniques innovantes ADN Grâce aux techniques de séquençage, ils ont découvert comment certaines souches pathogènes pouvaient surmonter les gènes de résistance avant même que ceux-ci ne soient utilisés dans la sélection, suggérant de nouvelles directions pour les futures stratégies agricoles.
Étude génétique révolutionnaire sur une maladie historique de la pomme de terre
En examinant le matériel génétique trouvé dans les feuilles de pomme de terre historiques, les chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord révèlent davantage d'informations sur les changements évolutifs réciproques qui se produisent à la fois dans les plants de pomme de terre et dans l'agent pathogène qui a causé la famine de la pomme de terre en Irlande dans les années 1840.
L'étude a utilisé une approche de séquençage d'enrichissement ciblé pour examiner simultanément les gènes de résistance de la plante et les gènes effecteurs du pathogène – gènes qui l'aident à infecter les hôtes – dans une analyse inédite en son genre.
Un spécimen historique de pomme de terre récolté par David Moore au Jardin botanique national de Glasnevin, en Irlande, montrant la maladie du mildiou. Crédit : Jean Ristaino, NC State University
Des techniques de recherche ADN innovantes dévoilées
« Nous utilisons de petits morceaux de feuilles anciennes contenant le pathogène et d’autres bactéries ; l’ADN est plus fragmenté qu’un échantillon de tissu normal », a déclaré Allison Coomber, ancienne chercheuse diplômée de l’Université d’État de Caroline du Nord et auteure principale de l’étude. « Nous utilisons de petits morceaux de 80 paires de bases comme un aimant pour extraire des morceaux similaires dans cette soupe d’ADN. Ces aimants sont utilisés pour trouver des gènes de résistance de l’hôte et des gènes effecteurs du pathogène. »
« C’est une première pour l’étude simultanée des changements dans la pomme de terre et dans les pathogènes ; habituellement, les chercheurs s’intéressent à l’un ou à l’autre », explique Jean Ristaino, professeur distingué William Neal Reynolds de phytopathologie à l’Université d’État de Caroline du Nord et auteur correspondant d’un article publié aujourd’hui (5 août) dans Nature Communications qui décrit l'étude. « La stratégie de double enrichissement employée ici nous a permis de capturer des régions ciblées des génomes des deux côtés de la relation hôte-pathogène, même lorsque l'hôte et le pathogène étaient présents en quantités inégales. Nous n'aurions pas pu faire ce travail il y a 15 ans parce que les génomes n'étaient pas séquencés. »
Des découvertes surprenantes sur la résistance des agents pathogènes
Les résultats de l’étude montrent que l’agent pathogène, Phytophthora infestansest très efficace pour lutter contre la résistance au mildiou de la pomme de terre. Par exemple, l'étude montre que la souche FAM-1 du pathogène avait la capacité de vaincre la résistance conférée par le gène de résistance R1 de la plante, avant même que les obtenteurs de végétaux ne l'utilisent pour la pomme de terre.
« Le pathogène aurait pu résister à ce gène de résistance R1 même s’il avait été déployé des années plus tôt, probablement parce qu’il avait été exposé à une pomme de terre portant ce gène de résistance dans la nature », a déclaré Coomber.
L'étude montre également que de nombreux gènes effecteurs du pathogène sont restés stables, bien que différentes mutations se soient produites pour augmenter ses prouesses infectieuses alors que les sélectionneurs de plantes tentaient de créer une résistance – en particulier après 1937, lorsque des programmes de sélection de pommes de terre plus structurés ont commencé aux États-Unis et dans d'autres parties du globe.
Conséquences pour la sélection végétale future
L'étude montre également que le pathogène a ajouté un ensemble de chromosomes entre 1845 et 1954, période pendant laquelle les échantillons de plantes de l'étude ont été collectés.
« Nous montrons dans ce travail qu’après 100 ans d’intervention humaine, certains gènes du pathogène n’ont pas beaucoup changé », a déclaré Coomber. « Ils sont très stables, peut-être parce qu’ils n’ont pas été sélectionnés ou parce qu’ils sont très importants pour le pathogène. Cibler ces gènes rendrait très difficile pour le pathogène de développer une réponse opposée. »
« Il est difficile de réaliser une sélection végétale efficace lorsque nous n'en savons pas assez sur le pathogène. Maintenant que nous savons quels effecteurs ont changé au fil du temps, les sélectionneurs pourraient être en mesure d'utiliser des gènes de résistance plus stables ou de regrouper plusieurs gènes de résistance provenant de différents hôtes sauvages », a déclaré Ristaino.
« C’est là que je vois l’avenir de ce type d’étude : l’appliquer aux changements lents de la virulence des agents pathogènes ou à d’autres caractéristiques telles que la résistance aux fongicides. »
Amanda C. Saville, spécialiste de recherche et de laboratoire dans le laboratoire de Ristaino, est également co-auteur de l'article. Le financement a été assuré par une subvention de démarrage du Triangle Center for Evolutionary Medicine, par la National Science Foundation AgBioFews Training Grant Number 2018-1966 et par la subvention Grip4PSI Grant Number 557299.
