Tomato genomic regions and candidate genes linked to responses to a resistance inducer against Phytophthora infestans

Dans le monde de l'agriculture, les agriculteurs comptent depuis longtemps sur les pulvérisations chimiques pour empêcher les maladies de détruire leurs cultures. L'un des ennemis les plus persistants et les plus dévastateurs est un organisme microscopique appelé Phytophthora infestans, qui provoque le mildiou. Ce pathogène peut anéantir les récoltes de tomates et de pommes de terre avec une rapidité terrifiante. Pendant des décennies, la solution a consisté à combattre le feu par le feu, en utilisant des fongicides synthétiques ou des produits à base de cuivre. Cependant, tout comme les bactéries apprennent à survivre aux antibiotiques, ces pathogènes finissent par évoluer pour résister aux produits chimiques destinés à les tuer. Cette course aux armements a poussé les scientifiques à chercher des moyens plus intelligents et plus durables de protéger les plantes. Au lieu d'empoisonner directement le pathogène, les chercheurs explorent une stratégie qui transforme le propre système immunitaire de la plante en un bouclier. Cette approche utilise des substances naturelles, appelées inducteurs de résistance, pour « réveiller » les défenses de la plante avant même qu'une attaque ne se produise. Considérez cela comme un vaccin pour une plante, l'entraînant à reconnaître et à combattre les envahisseurs plus efficacement. Pourtant, un casse-tête majeur subsiste : toutes les plantes ne répondent pas de la même manière à cet entraînement. Certaines variétés semblent absorber parfaitement ce renfort, tandis que d'autres réagissent à peine, laissant les agriculteurs incertains quant aux semences à planter pour obtenir la meilleure protection.

Une équipe de chercheurs de l'INRAE en France s'est donné pour mission de résoudre ce mystère en étudiant pourquoi différentes variétés de tomates réagissent si différemment à un traitement naturel spécifique appelé Belvine®. Ce produit, dérivé de la levure, est déjà approuvé pour une utilisation sur les vignes pour lutter contre le mildieu, mais son potentiel pour les tomates était moins bien compris. Les scientifiques voulaient savoir si la variation de l'efficacité du traitement était simplement due à la malchance ou si elle était inscrite dans le code génétique des plantes. Pour trouver la réponse, ils ont rassemblé un groupe diversifié de 148 variétés de tomates différentes, allant des petites tomates cerises aux types commerciaux de grande taille, et les ont cultivées dans des tunnels en plastique dans des conditions réelles. Ils ont traité la moitié des plantes avec le Belvine® et laissé l'autre moitié non traitée, puis ont exposé toutes les plantes au pathogène du mildieu. En mesurant soigneusement la quantité de maladie présente sur chaque feuille, ils ont pu calculer exactement le niveau de protection fourni par le traitement pour chaque variété.

Les résultats ont confirmé ce que les agriculteurs soupçonnaient : le traitement fonctionne, mais son succès dépend entièrement du type spécifique de tomate. En moyenne, le traitement au Belvine® a réduit la gravité de la maladie de près de 90 %, une amélioration remarquable. Cependant, le niveau de protection variait considérablement d'une variété à l'autre. Certaines tomates étaient totalement immunisées contre la maladie après le traitement, ne montrant aucun signe d'infection, tandis que d'autres n'étaient que partiellement protégées. Cette large gamme de résultats suggérait que la capacité à répondre au traitement était un trait transmis de génération en génération, tout comme la taille ou la couleur des fruits. Pour prouver cela, les chercheurs ont calculé l'héritabilité de la réponse, une mesure de la part de la différence entre les plantes qui est due à leurs gènes plutôt qu'à leur environnement. Ils ont découvert que la génétique jouait un rôle massif, expliquant plus de la moitié de la variation de la protection des plantes. Il s'agissait d'une découverte cruciale, confirmant que les sélectionneurs pourraient potentiellement sélectionner des tomates naturellement plus aptes à utiliser ces défenses naturelles.

Avec la confirmation de la base génétique, l'équipe est passée à l'étape suivante : identifier les parties spécifiques du génome de la tomate responsables de cette variation. Ils ont utilisé une technique puissante appelée étude d'association pangénomique (GWAS), qui scanne l'ensemble de l'ADN des plantes pour rechercher de minuscules différences correspondant aux différences de protection contre la maladie. Cette recherche a révélé cinq régions distinctes sur les chromosomes de la tomate qui sont liées à l'efficacité du traitement. Ces régions sont situées sur les chromosomes 2, 3, 4 et 12. Au sein de ces quartiers génétiques, les chercheurs ont identifié plusieurs gènes candidats qui contrôlent probablement la réponse de la plante. Ces gènes comprenaient des instructions pour fabriquer des protéines agissant comme des capteurs pour détecter les menaces, des protéines qui aident à envoyer des signaux d'alarme, et des enzymes qui construisent des barrières physiques contre le pathogène. Curieusement, certains de ces gènes étaient les mêmes que ceux que le traitement est connu pour activer, tels que ceux qui produisent des enzymes pour décomposer les parois cellulaires fongiques ou ceux qui gèrent le stress oxydatif.

L'étude a également souligné que l'environnement compte. Bien que certaines régions génétiques soient importantes dans toutes les conditions, d'autres semblent compter davantage dans des tunnels ou des saisons spécifiques, suggérant que la meilleure correspondance génétique pour un agriculteur pourrait dépendre de son climat local. Les chercheurs ne se sont pas contentés de trouver les emplacements ; ils ont également étudié la fonction des gènes à ces endroits. Ils ont découvert que les tomates les plus efficaces possédaient des versions spécifiques de gènes codant pour des protéines telles que les bêta-1,3-glucanases et les glutathione S-transférases. Ce sont les outils mêmes que la plante utilise pour combattre l'infection une fois l'alarme donnée. Le fait que les plantes les plus réactives possèdent ces outils génétiques spécifiques suggère que les programmes de sélection pourraient désormais se concentrer sur la sélection de ces traits. Au lieu de deviner quelle variété de tomate fonctionnera le mieux avec un spray de défense naturelle, les sélectionneurs peuvent désormais rechercher les marqueurs génétiques spécifiques qui garantissent une réponse forte.

Ce travail représente la première fois que des scientifiques cartographient les régions génétiques qui déterminent la capacité d'une plante de tomate à répondre à un inducteur de résistance. Avant cela, l'idée que l'ADN d'une plante puisse dicter sa capacité à bénéficier d'un traitement naturel était largement théorique. Désormais, avec l'identification de ces cibles génétiques spécifiques, la voie à suivre pour l'agriculture est plus claire. Les agriculteurs et les sélectionneurs peuvent travailler ensemble pour développer de nouvelles variétés de tomates qui ne sont pas seulement résistantes à la maladie par elles-mêmes, mais qui sont aussi préparées à combattre encore plus fort lorsqu'elles reçoivent un boost naturel. Cette approche offre un moyen de réduire la dépendance aux fongicides chimiques, proposant une solution plus durable et respectueuse de l'environnement à l'un des problèmes les plus anciens et les plus destructeurs de l'agriculture. L'étude ne prétend pas avoir résolu entièrement le problème du mildiou, mais elle a fourni la carte essentielle nécessaire pour créer la prochaine génération de cultures résilientes.