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.
« Nous utilisons de petits morceaux de feuilles historiques 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’État de Caroline du Nord et auteur principal de l’article.
« 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 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. »
Les résultats de l’étude montrent que le pathogène Phytophthora infestans est 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, même avant que les obtenteurs de végétaux ne l’utilisent dans 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.
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 vraiment 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. »
Plus d’information:
Evolution de Phytophthora infestans sur son hôte la pomme de terre depuis la grande famine irlandaise, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-50749-4