Les champignons nuisibles causent d’énormes pertes agricoles. Les techniques conventionnelles pour les combattre impliquent l’utilisation de fongicides toxiques. Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), en collaboration avec des partenaires allemands, français et suisses sur le projet DialogProTec, ont développé des alternatives respectueuses de l’environnement qui trompent la communication chimique des agents pathogènes avec les plantes. Maintenant que la recherche est terminée, la nouvelle technologie est prête à être utilisée.
D’abord, les feuilles brunissent, puis la vigne entière meurt. Une infection fongique appelée esca est une menace pour la production de vin en Europe et cause chaque année des millions de dommages aux viticulteurs. « Cette maladie est connue en Europe du Sud depuis le Moyen Âge, mais elle n’a jamais joué un rôle majeur », explique le Dr Alexandra Wolf de l’Institut botanique du KIT, qui coordonne le projet DialogProTec. « Mais à cause du changement climatique, le champignon rencontre maintenant de nombreuses plantes affaiblies par le stress climatique. »
La protection conventionnelle des plantes implique généralement l’utilisation de fongicides toxiques pour lutter contre les maladies fongiques comme l’esca. Dans DialogProTec, les chercheurs ont développé une toute nouvelle approche qui fonctionne sans aucune toxine dangereuse pour l’environnement. « Dans la nature, les organismes interagissent à l’aide de signaux chimiques. Nous avons pu identifier certains des signaux entre l’hôte et l’agent pathogène, et les manipuler », explique Wolf, qui ajoute que ce « biohack » est précis et efficace et a une empreinte écologique minimale.
Pour développer les nouvelles méthodes, le projet dirigé par le KIT a fondé un réseau de recherche interdisciplinaire comprenant des spécialistes de la botanique, de la génétique fongique, de la technologie des microsystèmes, de la chimie organique et des sciences agricoles. Le réseau a utilisé environ 20 000 souches de champignons de la collection de l’Institut de biotechnologie et de recherche sur les médicaments (IBFW) à Kaiserslautern et environ 6 000 espèces végétales du KIT.
Traquer les substances signal grâce à la haute technologie
Les chercheurs n’ont pas eu besoin de travailler avec des plantes et des champignons entiers pour identifier et exploiter les bons signaux. Au lieu de cela, ils ont travaillé avec des cellules individuelles. Une puce microfluidique développée conjointement avec l’Institut de technologie de microstructure du KIT a servi de base à un écosystème miniature. « Nous avons placé des cellules de plantes et de champignons sur des puces de quelques centimètres carrés afin qu’elles ne puissent pas entrer en contact physique mais puissent interagir chimiquement via un courant microfluidique », explique Christian Metzger de l’Institut botanique du KIT.
« Pour rendre cette interaction visible, nous avons équipé le matériel génétique des cellules végétales d’un commutateur génétique et d’un gène de fluorescence. Chaque fois qu’un signal chimique active le système immunitaire, nous pouvons mesurer la fluorescence verte. » Les commutateurs génétiques proviennent de vignes sauvages, dans lesquelles les chercheurs avaient précédemment détecté une réponse immunitaire particulièrement active.
Vaccination des plantes prête à tester
Au cours de leurs investigations, les chercheurs ont d’abord décodé la communication chimique entre le champignon et la plante qui accompagne une attaque fongique. L’une des choses qu’ils ont identifiées était les substances signal que le champignon utilise pour supprimer la réponse immunitaire de la plante. « Ils font partie d’une interaction chimique façonnée par un long processus évolutif et sont produits dès que le champignon détecte des signaux de stress spécifiques de la plante », explique le professeur Peter Nick, qui dirige le projet et l’Institut botanique. L’équipe a ensuite identifié des molécules qui pourraient être utilisées pour réactiver la réponse immunitaire. « Lorsque nous les utilisons pour la protection des plantes, les plantes peuvent souvent éloigner le champignon. Vous pouvez considérer cela comme une vaccination pour les plantes », explique Nick.
La technologie innovante de DialogProTec est déjà en cours d’utilisation pratique et sera bientôt testée sur le terrain. En plus de leurs travaux sur une alternative aux fongicides, l’équipe du projet a également développé de nouvelles approches pour favoriser la croissance des plantes ou lutter contre les mauvaises herbes, où les substances signal pourraient également remplacer les herbicides toxiques à l’avenir.