Récemment, des scientifiques de l’Académie chinoise des sciences ont résumé les récents progrès de la recherche sur les réponses de défense des cultures horticoles aux agents pathogènes fongiques et les nouvelles stratégies pour réguler l’induction de la résistance des plantes, ainsi que les problèmes, les défis et les futures orientations de recherche.
Les composés phytochimiques ayant des effets antimicrobiens sont des composants importants des systèmes de défense des plantes. Parmi ces composés phytochimiques, les phytoalexines sont induites par des facteurs externes, tandis que les phytoanticipines se produisent naturellement ou augmentent après induction. Les phytochimiques antimicrobiens sont classés en fonction de leurs structures chimiques et sont principalement des composés phénoliques, des flavonoïdes, des coumarines, des lignines, des terpénoïdes, des alcaloïdes, des glucosinolates et des stilbènes. Les composés phénoliques et les flavonoïdes sont des métabolites secondaires qui constituent l’un des groupes de composés phytochimiques les plus courants et les plus étendus. Ces composés inhibent les agents pathogènes en induisant une peroxydation des lipides membranaires, qui perturbe la perméabilité de la membrane cellulaire fongique et la fonction mitochondriale. De même, les terpénoïdes inhibent la croissance fongique et induisent également une résistance aux maladies. Les autres composés phytochimiques présentent également une activité antifongique à large spectre forte et stable, suggérant qu’ils pourraient être développés comme alternatives aux fongicides chimiques.
Lorsque les agents pathogènes fongiques pénètrent les barrières physiques en modifiant ou en dégradant les parois des cellules hôtes, les récepteurs de reconnaissance de formes (PRR) peuvent reconnaître les modèles moléculaires associés aux dommages (DAMP) conservés des plantes ou les modèles moléculaires associés aux agents pathogènes (PAMP) des agents pathogènes et activer l’immunité déclenchée par les modèles. (PTI). Les agents pathogènes fongiques peuvent sécréter des effecteurs ou des facteurs de virulence, qui peuvent être reconnus par des protéines de liaison aux nucléotides et à répétition riche en leucine (NB-LRR ou NLR) et d’autres protéines de résistance des plantes (R). Une telle reconnaissance peut entraîner une immunité supplémentaire déclenchée par l’effecteur (ETI), qui est supposée être une réponse PTI accélérée et amplifiée. Un nombre varié de gènes NB-LRR présentent des modèles évolutifs particuliers parmi les espèces végétales. À ce jour, seuls quelques gènes NB-LRR ont été confirmés pour fonctionner en réponse aux pathogènes fongiques. Une exploration plus approfondie des NB-LRR potentiels et de leurs mécanismes d’action pourrait considérablement enrichir notre arsenal pour lutter contre les pathogènes fongiques.
Pour prévenir une nouvelle invasion de pathogènes fongiques, les plantes ont développé une série de réponses qui incluent la réponse hypersensible (HR), la modification de la paroi cellulaire, la fermeture des stomates, le dépôt de callose, la production de phytoalexine et la dégradation des toxines. Une fois les réponses de défense locales induites, la signalisation systémique peut activer la résistance dans d’autres tissus adjacents. La PTI et l’ETI peuvent déclencher la production et le transport à longue distance de molécules de signalisation pour induire une résistance systémique acquise (SAR) et une résistance induite par les herbivores (HIR). Le SAR est médié principalement par la signalisation de l’acide salicylique (SA) et dans une moindre mesure par l’acide N-hydroxypipécolique (NHP). Contrairement au SAR, le HIR est modulé par l’acide jasmonique (JA) et l’éthylène (ET). La diaphonie entre SA, JA et ET, à la fois synergiques et antagonistes, est courante et cruciale pour les réponses de défense contre les agents pathogènes fongiques.
L’utilisation excessive de fongicides et d’agents antimicrobiens traditionnels a accru la résistance des agents pathogènes à ces composés et menace également la sécurité alimentaire et l’environnement. Par conséquent, de nouvelles stratégies doivent être développées pour un contrôle efficace des maladies afin de répondre aux exigences du développement durable de l’industrie agricole. Les dernières études indiquent que l’induction d’une résistance intrinsèque dans les cultures horticoles via des éléments régulateurs est à la fois faisable et efficace. La découverte du trafic d’ARN trans-royaume a ouvert de nouvelles perspectives pour la protection des cultures. Le champignon nécrotrophe B. cinerea peut produire de petits ARN (ARNs) qui fonctionnent comme des effecteurs pour supprimer l’immunité de l’hôte. À leur tour, les plantes hôtes introduisent des ARNs dans B. cinerea via des vésicules extracellulaires qui suppriment l’expression des gènes associés à la pathogénicité. La surexpression ou l’inactivation des ARNs hôtes transférés peut favoriser ou réduire la résistance de l’hôte. L’ARN bicaténaire environnemental (ARNdb) peut être absorbé par de nombreux microbes eucaryotes avec une efficacité variable, et l’application topique d’ARNdb avec une efficacité d’absorption d’ARN élevée peut nettement inhiber les symptômes des maladies des plantes.
Le contrôle traductionnel de l’ARNm par l’édition d’éléments régulateurs peut être un autre moyen efficace d’induire une résistance dans les cultures horticoles. Les cadres de lecture ouverts en amont (uORF) jouent un rôle régulateur généralisé dans la modulation de la traduction de l’ARNm chez les eucaryotes. De plus, des lignées de plantes sans transgène avec des traits améliorés sont facilement obtenues avec CRISPR/Cas9, ce qui a de larges implications pour l’amélioration des cultures. Étant donné que les uORF sont largement présents dans les ARNm eucaryotes, ces éléments régulateurs pourraient être manipulés pour améliorer la résistance à large spectre avec des effets indésirables minimes sur la croissance normale, favorisant considérablement l’amélioration génétique des cultures horticoles.
« En raison de l’importance des maladies fongiques dans la perte de cultures horticoles avant et après la récolte, nous nous sommes concentrés sur les interactions plante-pathogène et la technologie de contrôle. De plus, le développement et l’application des technologies omiques ont fourni de grands ensembles de données à plusieurs niveaux, qui ont encore élargi aperçu des réponses de défense contre les agents pathogènes fongiques », a déclaré le professeur Tian. Le document de synthèse a également examiné les limites des études précédentes et a proposé de futures orientations de recherche pour l’amélioration génétique de la résistance dans les cultures horticoles.
La recherche a été publiée dans Recherche horticole.
Xiaodi Xu et al, Mécanismes moléculaires sous-jacents aux réponses de défense à plusieurs niveaux des cultures horticoles aux agents pathogènes fongiques, Recherche horticole (2022). DOI : 10.1093/h/uhac066
Fourni par l’Université agricole de Nanjing L’Académie des sciences