Ces images montrent l’effet surprenant du Ct3 nocif limitant considérablement la croissance des racines, comparé au Ct bénéfique augmentant considérablement la croissance des racines du cresson de Thale. Crédit : 2023, K. Hiruma
Les chercheurs ont découvert que le champignon Colletotrichum tofieldiae peut à la fois soutenir et inhiber la croissance des plantes, en fonction de l’activation d’un groupe de gènes spécifique. Cette découverte remet en question les distinctions traditionnelles entre agents pathogènes nocifs et microbes bénéfiques. Comprendre et exploiter ces caractéristiques pourrait améliorer la sécurité alimentaire mondiale et réduire le gaspillage.
Les moisissures et les maladies causées par les champignons peuvent avoir un impact considérable sur la durée de conservation des fruits et légumes. Cependant, certains champignons profitent à leurs hôtes en favorisant la survie des plantes.
Colletotrichum tofieldiae (CT) est une moisissure racinaire qui favorise généralement le développement continu des plantes, même lorsque celles-ci manquent de phosphore, un nutriment important pour photosynthèse et la croissance. Les chercheurs ont étudié une souche pathogène unique du champignon, appelé CT3, ce qui inhibe à l’inverse la croissance des plantes. En comparant les souches bénéfiques et nocives CT souches, ils ont découvert que l’activation d’un seul groupe de gènes du métabolisme secondaire fongique déterminait l’impact négatif du champignon sur la plante hôte.
Lorsque le cluster a été perturbé, soit génétiquement, soit par un changement d’environnement, le comportement des champignons est passé d’un inhibition de la croissance à une promotion de celle-ci. Comprendre de tels mécanismes pourrait nous aider à réduire le gaspillage alimentaire en exploitant le rôle bénéfique que les champignons peuvent jouer sur les aliments.
Lorsque vos fraises fraîches deviennent floues à cause de la moisissure ou que les raisins deviennent gris et se ratatinent au fond du bol de fruits, c’est toujours un peu décevant et désagréable. Le coupable est généralement un champignon pathogène appelé Botrytisqui dévaste les cultures vivrières à l’échelle mondiale et se propage facilement par le vent et le sol.
Cependant, de nombreux champignons entretiennent une relation moins destructrice avec leurs plantes hôtes, formant même des partenariats qui peuvent aider la plante à prospérer. Promouvoir les caractéristiques bénéfiques des champignons et supprimer les effets indésirables (comme les fruits moisis) contribuerait grandement à la sécurité alimentaire mondiale et contribuerait à réduire une énorme quantité de gaspillage alimentaire.
Aperçus de la recherche
« Les champignons associés aux plantes présentent des modes de vie d’infection variés allant de mutualiste (bénéfique) à pathogène (nocif) en fonction de l’environnement hôte. Cependant, les mécanismes par lesquels ces microbes transitent au cours de ces différents modes de vie restent mal compris », a déclaré le professeur agrégé Kei Hiruma de la Graduate School of Arts and Sciences de l’Université de Tokyo.
« Nous avons analysé les informations génétiques de diverses souches d’un champignon racinaire appelé Colletotrichum tofieldiae en utilisant une analyse transcriptomique comparative, qui nous a permis d’étudier les différences d’expression des gènes entre chaque souche. Étonnamment, nous avons découvert qu’un seul groupe de gènes du métabolisme secondaire du champignon, appelé ABA-BOT, détermine uniquement si le champignon présente des traits pathogènes ou mutualistes envers la plante hôte.
Colletotrichum tofieldae est un champignon qui profite généralement aux plantes lorsqu’elles souffrent d’une carence en phosphore, les aidant à prospérer malgré le manque de ce nutriment essentiel. Il a même été démontré qu’il augmente la croissance et le rendement de cultures économiquement importantes telles que le maïs et les tomates.
Dans cette étude, l’équipe multi-institutionnelle a utilisé le cresson de Thale comme plante hôte et a obtenu six souches de CT provenant de différents emplacements géographiques pour l’infecter. Cinq souches ont considérablement favorisé la croissance des plantes, comme prévu, mais une sixième, appelée CT3 – s’est avéré supprimer l’absorption des nutriments, inhibant la croissance des plantes et entraînant des symptômes de maladie. Alors, qu’est-ce qui a causé ce changement radical ?
Découvertes et implications
« Nous avons identifié deux points clés : d’abord, du côté fongique, qui CT3 active le groupe de gènes de biosynthèse ABA-BOT ; et deuxièmement, du côté des plantes, CT3 induit les voies de signalisation ABA de la plante hôte, par lesquelles le champignon inhibe la croissance des plantes », a expliqué Hiruma. Les chercheurs ont découvert que les souches pathogènes et mutualistes de Colletotrichum tofieldae contiennent le groupe de gènes ABA-BOT, mais les souches mutualistes ne l’expriment pas, c’est-à-dire que les gènes n’ont pas été activés. Cette découverte a été une surprise, car on pensait traditionnellement que les agents pathogènes et les mutualistes avaient des caractéristiques distinctes, mais ces résultats suggèrent qu’ils sont plus étroitement liés.
Lorsque le groupe de gènes est perturbé, soit au niveau génétique, soit en modifiant l’environnement de la plante, le CT3 est devenu non pathogène et est même devenu bénéfique pour l’hôte, favorisant la croissance des racines. Bien que des études plus approfondies soient nécessaires, il semble que le groupe de gènes ABA-BOT puisse contribuer à la pathogenèse de divers champignons au-delà du CT espèces.
Par exemple, il peut être impliqué dans la pathogenèse de la Botrytis qui afflige nos fruits et légumes domestiques. « Si nous acquérons une compréhension globale des mécanismes de régulation régissant le groupe de gènes du métabolisme secondaire fongique, nous pouvons concevoir une méthode pour supprimer sélectivement la pathogenèse potentielle de champignons autrement bénéfiques, en optimisant leur utilisation en agriculture et en exploitant tout le potentiel de la diversité microbienne naturellement présente. dans les écosystèmes du sol », a déclaré Hiruma.
« Je me suis rendu compte que même les agents pathogènes peuvent présenter des caractéristiques non nocives pendant une partie importante de leur cycle de vie. En fait, je commence à envisager la possibilité que ce que nous appelons traditionnellement des agents pathogènes puisse en réalité fonctionner comme des microbes bénéfiques dans d’autres conditions.
Cette recherche a été financée en partie par la subvention JSPS KAKENHI (16H06279, 18K14466, 18H04822, 19H05688, 20H02986, 21H05150, 22H02204 (AM)), la subvention JST (JPMJPR16Q7, JPMJCR19S2, JPMJSC1702, J PMJFR200A) et la Fondation commémorative Uehara (AM) .
