Une étude menée au Centre brésilien de recherche sur l’énergie et les matériaux (CNPEM) a découvert que trois souches de bactéries Pseudomonas peuvent inhiber la croissance, voire provoquer la mort, du champignon responsable de la pourriture du sett de l’ananas, une maladie qui s’attaque notamment à la canne à sucre. en saison de plantation.
Les résultats sont rapportés dans un article publié dans Microbiologie environnementaleune revue de la Society for Applied Microbiology du Royaume-Uni, et pourrait servir de base au développement de fongicides biologiques comme alternative aux pesticides chimiques actuellement utilisés pour lutter contre la maladie.
Les trois souches de Pseudomonas se sont avérées inhiber in vitro jusqu’à 80 % de la croissance mycélienne de Thielaviopsis ethacetica, un champignon qui vit dans le sol et pénètre dans les tiges de canne à sucre par des coupures ou des blessures. La maladie peut réduire le bourgeonnement et donc le rendement jusqu’à 50 %. Les mycéliums sont une masse de filaments tubulaires ramifiés (hyphes) ressemblant à un système racinaire, à travers lequel les champignons absorbent les nutriments de l’environnement.
Les bactéries ont produit 62 composés organiques volatils (COV), qui ont régulé à la baisse les gènes liés au métabolisme des glucides essentiels à la croissance fongique. Les COV sont les principaux produits métaboliques des bactéries et peuvent être liquides ou gazeux, s’évaporant facilement à température ambiante. Parmi leurs avantages figure la capacité de parcourir de longues distances si elles sont appliquées aux cultures.
« Nous avons vu pour la première fois que la molécule agit directement ou indirectement sur l’ADN de l’agent pathogène, causant des dommages au champignon. C’est un composé qui perturbe l’ADN fongique. Ce type de molécule n’est pas beaucoup étudié au Brésil. Notre objectif est de renforcez cette ligne de recherche et devenez une source majeure de connaissances sur ces molécules dans notre pays », a déclaré Juliana Velasco de Castro Oliveira, dernière auteure de l’article, à Agência FAPESP. Elle est chercheuse au Laboratoire National Brésilien des Biorenouvelables (LNBR) du CNPEM.
Grâce à une analyse transcriptomique de la réponse fongique aux COV, dans laquelle ils ont identifié et quantifié l’expression de gènes nouveaux ou déjà connus, ainsi qu’à un examen au microscope électronique, les scientifiques ont détecté des changements dans l’expression de gènes importants et des altérations morphologiques critiques du mycélium traité. avec des COV, prouvant qu’ils entravaient la croissance fongique et pouvaient même entraîner la mort cellulaire.
« Nous avons pu trouver des souches bactériennes qui contrôlaient efficacement ce champignon, qui cause des dommages importants aux plantations de canne à sucre », a déclaré Oliveira. « Nous avons également identifié des molécules qui n’avaient pas été décrites comme étant capables de tuer le champignon, et nous avons prouvé qu’elles endommagent son ADN, une propriété peu documentée dans la littérature. »
La pourriture de l’ananas est une maladie qui affecte plusieurs cultures tropicales, mais qui au Brésil a un impact significatif sur les rendements de la canne à sucre. Le champignon empêche les boutures (ou semenceaux, segments de canne qui poussent pour former de nouvelles tiges) de germer ou de se développer complètement, détruisant des parties d’une plantation. Au fur et à mesure que le champignon se reproduit à l’intérieur de la plante, les fibres de la tige rougissent, s’assombrissent progressivement et se couvrent de spores. La fermentation déclenchée par l’agent pathogène libère une odeur d’ananas.
L’incidence de la maladie a augmenté ces dernières années, et elle est maintenant parmi les plus fréquentes dans les champs de canne. Le Brésil est le premier producteur mondial de canne à sucre. Au cours de la campagne agricole 2020-21, elle a récolté 654,5 millions de tonnes métriques, à partir desquelles elle a produit 41,2 millions de tonnes de sucre et 29,7 milliards de litres d’éthanol.
Les techniques de gestion des cultures telles que la sélection des semis et un bon travail du sol peuvent aider à prévenir la pourriture des ananas, mais des produits agrochimiques sont nécessaires pour contrôler l’infection, et ceux-ci peuvent être dangereux pour l’environnement et la santé humaine s’ils ne sont pas appliqués avec soin.
« Le Brésil est une puissance agricole », a déclaré Oliveira. « Nous savons que les pesticides chimiques ne peuvent pas encore être entièrement remplacés par des alternatives biologiques, mais avec davantage de recherches comme la nôtre, leur offre pourrait augmenter sur le marché, devenir des alternatives durables et aider à réduire la dépendance du Brésil aux importations. »
Chaque année, le Brésil importe plus de 330 000 tonnes d’insecticides, d’herbicides et de fongicides, selon les données du ministère de l’Économie. De plus, au moins 1 500 nouveaux pesticides ont été autorisés à l’usage des producteurs entre 2019 et 2021.
Nouvelles technologies
Les chercheurs ont commencé par cribler les quelque 7 000 bactéries de différents types de sol et de racines dans la collection de micro-organismes du LNBR. Ils ont sélectionné 70 bactéries appartenant à plusieurs genres et provenant de différentes régions du Brésil, telles que les États du Tocantins, du Mato Grosso et de São Paulo. Cet échantillon a été soumis à des essais in vitro pour évaluer la capacité de la bactérie à inhiber la croissance du champignon. Les trois souches de Pseudomonas identifiées comme les plus efficaces à cet égard ont été confirmées par séquençage génétique.
Ils se sont maintenant lancés dans une nouvelle phase avec pour objectif de découvrir à quelles espèces appartiennent les souches. « Nous savons qu’ils sont différents, mais nous ne sommes pas encore sûrs d’identifier l’espèce », a déclaré Oliveira. « Pour arriver à une définition, il faut effectuer le séquençage du génome entier de ces bactéries. En fait, nous avons déjà noté qu’il faut appartenir à une espèce qui n’a pas encore été décrite. Nous essaierons de la décrire sous peu, en partenariat avec UNICAMP [the University of Campinas in São Paulo]. »
Des scientifiques affiliés au programme d’études supérieures en génétique et biologie moléculaire de l’UNICAMP et à l’Université fédérale de Lavras (UFLA) dans l’État de Minas Gerais participent au groupe de recherche. « De nos jours, il est impossible de faire des recherches par soi-même, surtout lorsqu’on explore un nouveau domaine. La collaboration est importante pour combiner différents types d’expertise », a-t-elle expliqué.
Au Laboratoire brésilien de lumière synchrotron (LNLS) du CNPEM, qui exploite Sirius, l’accélérateur de particules brésilien de quatrième génération, l’analyse spectroscopique a confirmé la capacité des biomolécules à endommager l’ADN fongique. La lumière infrarouge et d’autres techniques très sensibles ont été utilisées pour révéler cette propriété des biomolécules.
De plus, des altérations morphologiques sévères du mycélium ont été mises en évidence par microscopie à transmission et à balayage au Laboratoire national brésilien de nanotechnologie (LNNano) du CNPEM.
Carla Sant Anna Freitas et al, Les composés organiques volatils bactériens induisent des changements ultrastructuraux indésirables et des dommages à l’ADN du champignon pathogène de la canne à sucre Thielaviopsis ethacetica, Microbiologie environnementale (2022). DOI : 10.1111/1462-2920.15876