Aider les plantes à lutter contre les pathogènes en améliorant leurs systèmes immunitaires

Aider les plantes à lutter contre les pathogènes en améliorant leurs systèmes immunitaires

La civilisation telle que nous la connaissons aujourd'hui ne pouvait pas avoir évolué, il ne peut pas survivre sans un approvisionnement alimentaire suffisant. - Norman Borlaug

La plupart des gens n'ont jamais entendu parler de Norman Borlaug. Il est, jusqu'à présent, le seul scientifique agricole à avoir remporté le prix Nobel de la paix. Son travail dans le développement de cultures céréalières à haut rendement et résistantes aux maladies a permis d'économiser plus d'un milliard de milliard) les gens de la famine.

Bien qu'il ait prononcé ces mots presque 50 il y a des années, son message ne pourrait pas être plus pertinent aujourd'hui. Nous vivons dans un monde qui devrait dépasser neuf milliards de personnes d'environ 2050, et actuellement, certains 800 millions de personnes ne pas avoir assez de nourriture pour mener une vie saine et active.

Les projets de l'Organisation des Nations Unies alimentation et l'agriculture que nous devons augmenter la production alimentaire d'au moins 70% pour absorber cette augmentation de la croissance démographique. C'est une tâche ardue, rendue encore plus difficile par le fait que 20% de la récolte mondiale est perdue pour les maladies des plantes. L'un des moyens les plus efficaces de lutter contre ces maladies est la lutte chimique - l'application de pesticides. Cependant, les agents pathogènes peuvent développer rapidement une résistance aux pesticides, qui peuvent alors nécessiter une utilisation toujours plus importante pour maintenir la production. Il y a aussi préoccupations environnementales et de santé associée à l'application de produits chimiques potentiellement toxiques dans les champs.

La demande est urgente pour des méthodes plus sûres et plus durables de protection des cultures. Voilà où nous, les phytopathologistes, étape. Un phytopathologiste se spécialise dans la santé des plantes de la même manière un médecin spécialisé dans la santé humaine, et nous travaillons sans relâche pour protéger notre approvisionnement alimentaire.

Un nouveau domaine de recherche sur la lutte contre les agents pathogènes vise à améliorer le système immunitaire naturel de la plante. Si une plante peut combattre seule une infection, nous pouvons réduire la quantité de pesticides nécessaires. De la même manière que les enfants sont vaccinés pour se protéger contre de futures maladies, les phytopathologistes utilisent la même méthodologie pour «immuniser» les plantes contre les agents pathogènes, dans le but de renforcer leurs défenses immunitaires contre les envahisseurs. Cette méthode d'amorçage des systèmes immunitaires des plantes pourrait être un moyen sûr et efficace de sauver une partie de la récolte mondiale actuellement perdue à cause des maladies.

plantes sous stress1Un spécialiste du manioc inspecte une culture malade dans le nord-est de la Thaïlande. CIAT, CC BY-SA


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Comprendre le système immunitaire des plantes

Les plantes sont naturellement exposées à une variété de microbes pathogènes, tels que les bactéries, les champignons et les virus. Contrairement aux êtres humains, qui ont la capacité d'échapper physiquement aux infections, les plantes sont immobiles. Par conséquent, chaque cellule de la plante doit se défendre contre les attaques. Les plantes ont un système immunitaire à plusieurs niveaux qui les aide à combattre ces micro-organismes. Cela fonctionne d'une manière très similaire au système immunitaire humain.

Les plantes détectent les pathogènes en reconnaissant les «patrons» microbiens. Ce sont des caractéristiques uniques du type de microbe (pensez aux flagelles bactériens) que la plante a évolué pour reconnaître comme «non-soi». Nous pouvons assimiler cette capacité à la reconnaissance des antigènes par les le corps humain, qui induit une réponse immunitaire. Malheureusement, les agents pathogènes évoluent continuellement pour échapper à la reconnaissance, généralement en protégeant ou en déguisant ces modèles. Cette capacité leur permet de coloniser les cellules d'une plante avant qu'elle puisse monter une réponse immunitaire efficace.

L'amorçage de la défense est comme la vaccination

Un de nos principaux objectifs de recherche est d'exploiter ces modèles pour amorcer la système immunitaire végétal, Créant ainsi une meilleure protection contre les microbes pathogènes, en lieu et place des méthodes de lutte chimique traditionnels.

Le principe de "amorçage de la défense"Est très similaire à la façon dont nous développons des vaccins pour traiter les maladies humaines. Un vaccin agit en agissant comme un imposteur pathogène. Il fait croire au système immunitaire qu'il est attaqué, ce qui stimule les réactions de défense, comme la production d'anticorps. Cela crée une mémoire de défense, permettant au système immunitaire de se souvenir d'un pathogène particulier si le corps le rencontre à l'avenir. Il peut alors répondre rapidement et solidement, grâce à sa mémoire amorcée du vaccin.

Nous pouvons appliquer ce même principe à une relation plante-pathogène. Par exemple, une fois que nous avons identifié le modèle d'intérêt d'un pathogène, nous travaillons à l'isoler et à le purifier. Cette étape est comme la fabrication du vaccin. Nous pouvons ensuite inoculer la plante avec le motif purifié - par exemple, en l'injectant dans la tige ou les feuilles avec une seringue. L'objectif est de stimuler la réponse immunitaire naturelle de la plante, résultant en une réponse de défense plus rapide et / ou plus forte la prochaine fois que la plante rencontre ce pathogène.

Nous veillons essentiellement à ce que les plantes soient préparées pour la bataille avant que l'ennemi ne l'attaque. Plantes apprêtées afficher une tolérance accrue à l'infection, qui est souvent caractérisée par moins de symptômes et les populations de pathogènes réduits au sein de l'usine. Bien que les plantes apprêtées ont pas encore été mis en œuvre sur une base à grande échelle dans l'agriculture commerciale, les scientifiques mènent activement des recherches sur l'utilisation de amorçage de défense à la fois dans la serre et sur le terrain les paramètres de la protection contre les bactéries, les virus et les champignons.

Ma propre recherche se concentre principalement sur l'utilisation de l'amorçage de défense pour la protection contre un agent pathogène bactérien appelé Xylella fastidiosa Cela affecte les industries du vin, des raisins et des raisins de plusieurs milliards de dollars. Il provoque la maladie de Pierce, qui coûte l'état de Californie plus de US $ 100 millions par an dans les dépenses de perte de récolte et les efforts pour le traiter. Il n'y a actuellement aucun remède contre les maladies causées par ce phytopathogène, mais notre objectif est d'utiliser l'amorçage de défense pour le vaincre.

plantes sous stress2Les plantes tombent malades aussi! Champignon de la rouille sur le blé. Yue Jin, Service de recherche agricole

Potentiel dans l'agriculture commerciale

Contrairement au système immunitaire humain, dans lequel les réponses de défense sont spécifiques à un germe particulier, les effets de l'amorçage dans les plantes sont à large spectre, protégeant la plante contre un large éventail de maladies et d'insectes nuisibles.

Un autre avantage majeur de l'amorçage de la défense est qu'il y a peu ou pas de réduction de la forme physique de la plante - les plantes poussent et se reproduisent normalement. C'est un avantage décisif dans l'agriculture commerciale, où le succès dépend de rendements élevés.

En outre, l'état amorcé est durable et peut être maintenu longtemps après le stimulus initial. La recherche actuelle a également montré que les plantes peuvent transmettre cette mémoire de défense à leur progéniture, en fournissant protection multigénérationnelle sans aucune modification génétique.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer notre compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce phénomène, mais l'amorçage de la défense semble être un outil précieux et prometteur pour l'avenir de l'agriculture durable.

A propos de l'auteurLa Conversation

rapicavoli jeannetteJeannette Rapicavoli est candidate au doctorat en phytopathologie à l'Université de Californie, Riverside. Ma recherche porte sur les bases moléculaires des interactions hôte-pathogène de bactéries pathogènes des plantes résidant dans le xylème, ou un tissu du système vasculaire de la plante conduite d'eau. Plus précisément, je travaille avec un agent pathogène bactérien qui provoque des maladies graves dans la vigne et les agrumes, entre autres plantes hôtes économiquement importantes. Actuellement, ma recherche a mis en évidence le rôle des bactéries polysaccharides de surface cellulaire comme éliciteurs du système immunitaire inné de la plante.

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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