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Fusarium oxysporum mediated underpinning of cell type-specific modulation in multiple host interaction

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Un champignon parasite provoquant le flétrissement et la mort des plantes cible différentes cultures pour causer des ravages

Fusarium oxysporum est un parasite redoutable; attiré par les substances chimiques libérées par les racines des plantes, il envahit systématiquement son hôte et provoque un affaissement général puis la mort de ce dernier. En étudiant son dialogue moléculaire avec des plantes, les chercheurs européens du projet FOUNDATION sont à la recherche de nouvelles stratégies de contrôle.

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Plus de 120 formes de Fusarium oxysporum (Fo), chacune adaptée à une culture spécifique, provoquent d’énormes pertes économiques dans le monde. «Une souche récemment apparue, la souche tropicale 4, menace actuellement d’éradiquer la production mondiale de bananes», déclare Antonio Di Pietro, coordinateur du projet et professeur de génétique à l’Université de Cordoue.

Les molécules parasitaires «parlent» à la plante hôte

Le groupe de recherche a étudié l’interaction de Fo dans quatre espèces végétales différentes: la tomate, la banane, la plante modèle Arabidopsis et la plante terrestre ancestrale Marchantia polymorpha. «Cela nous permet d’identifier les mécanismes conservés à l’origine des stades infectieux biotrophiques ou à cellules vivantes de la maladie du flétrissement provoquée par Fo pendant ses interactions avec un vaste éventail d’hôtes», souligne Antonio Di Pietro. Ces recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Il y a quelque temps, l’équipe de recherche a découvert un mécanisme de détection chimiotropique grâce auquel ce champignon localise les plantes dans le sol et se dirige vers des composés chimiotactiques émis par les racines. L’envahisseur se développe alors silencieusement dans la racine, puis colonise le tissu vasculaire, entraînant souvent la mort végétale. Un deuxième type de couplage parasitaire a lieu lorsque le champignon se développe entre les cellules de l’écorce radiculaire, l’apoplasme. Antonio Di Pietro explique: «À l’aide de la protéomique de découverte, nous recherchons des molécules de signalisation essentielles issues des deux parties qui façonnent probablement le dialogue moléculaire biotrophique.»

L’évasion du système immunitaire des plantes est essentielle au succès de l’infection

FOUNDATION a fourni des aperçus sans précédent des premiers stades de l’infection et du dialogue moléculaire avec les multiples hôtes végétaux. Par exemple, le groupe de recherche a identifié les molécules de pathogénicité (effecteurs) qui assurent la compatibilité entre le champignon et la plante. La libération de ces effecteurs aide le pathogène à devenir plus virulent, alors les scientifiques se sont tournés vers M. polymorpha, un système d’infection modèle nouvellement développé. Amey Redkar, boursière Marie Skłodowska-Curie explique: «Nous voulons déterminer la fonction des protéines de virulence identifiées dans cette ancienne plante terrestre précoce et non vasculaire pour comprendre comment les protéines effectrices des agents pathogènes ont évolué.»

Applications de la résistance aux agents pathogènes dans d’autres cultures

Les preuves obtenues dans le cadre de FOUNDATION laissent penser que la résistance monogénique à Fo repose sur la reconnaissance moléculaire des molécules fongiques par des récepteurs spécifiques à la plante hôte, déclenchant ainsi la réponse immunitaire de la plante. Toutefois, les agents pathogènes peuvent changer leurs molécules ou cibler le système de défense de la plante avec des protéines effectrices spécifiques qui inhibent la réponse immunitaire. Des connaissances détaillées sur le «bras de fer» entre Fo et ses hôtes devraient révéler de nouvelles stratégies de résistance. La recherche FOUNDATION a généré de nouveaux ensembles de données à grande échelle, une ressource précieuse pour la communauté scientifique. «De plus», poursuit Antonio Di Pietro, «nous pouvons maintenant extraire le protéome apoplastique des racines pendant l’infection par Fo». L’approche du profilage des protéines basé sur l’activité (ABPP) a rarement été réalisée jusqu’à présent dans les interactions de racines fongiques et peut être utilisée pour trouver les parties manquantes des cascades moléculaires pour développer une résistance durable.

Une contrainte méthodologique a incité une approche multimodèle

Obtenir suffisamment de biomasse fongique pour révéler ces signaux fongiques biotrophiques s’est avéré un défi constant. Par conséquent, le système hôte multimodèle FOUNDATION a été crucial. La tomate-fusarium, par exemple, est un système bien caractérisé qui fournit une biomasse racinaire abondante pour l’analyse biochimique. «Nous avons également effectué l’ABPP dans le pathosystème Banana-Fusarium, une autre réalisation rare», souligne Amey Redkar. Simultanément, cela a permis de valider les résultats de différentes plantes cultivées. L’application de fongicides dans le sol est désormais interdite dans la plupart d’environnements agricoles, c’est pourquoi l’amélioration de la résistance végétale est la manière la plus efficace de gérer ces maladies dévastatrices et difficiles à contrôler. Antonio Di Pietro résume: «FOUNDATION a fourni des informations clés sur la biologie moléculaire de la flétrissure vasculaire et a ouvert de nouvelles voies pour l’amélioration de la résistance des cultures.»

Mots‑clés

FONDATION, plante, champignon, résistance, flétrissement, biotrophique, Fusarium oxysporum, réponse immunitaire, système immunitaire, amélioration de la résistance

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