Construction of a Four-Strain Synthetic Bacillus Consortium and Evaluation of Its Biocontrol Efficacy Against Tomato Fusarium Wilt Caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici

Dans le monde caché sous le sol, une guerre silencieuse est constamment menée. D'un côté se trouvent les plantes, et de l'autre, des envahisseurs microscopiques qui cherchent à voler leurs nutriments et à paralyser leurs systèmes de survie. Pour les agriculteurs qui cultivent des tomates, l'un des ennemis les plus persistants est un champignon appelé Fusarium oxysporum. Cet organisme vit dans la terre, attendant une occasion de pénétrer dans les racines d'un plant de tomate. Une fois à l'intérieur, il remonte à travers la tuyauterie interne de la plante, bloquant le flux d'eau et de nutriments jusqu'à ce que la plante se flétrisse et meure. Cette maladie, connue sous le nom de flétrissement fusarien, est un problème majeur pour les producteurs de tomates partout dans le monde, en particulier pour ceux qui cultivent leurs cultures dans des serres où le sol est utilisé de manière répétée. Parce que le champignon est si tenace et difficile à éliminer sans nuire à l'environnement, les scientifiques cherchent depuis longtemps une solution différente : utiliser d'autres êtres vivants pour le combattre.

Pendant des années, les chercheurs ont tenté de trouver des souches uniques de bactéries bénéfiques qui pourraient agir comme des gardes du corps pour les plantes. Ce sont de minuscules microbes qui vivent naturellement dans le sol ou à l'intérieur de la plante elle-même, et certains d'entre eux produisent des substances qui empêchent la croissance des champignons nocifs. Cependant, compter sur un seul type de bactérie échoue souvent dans le monde réel. Une seule souche peut bien fonctionner dans un laboratoire mais avoir du mal à survivre aux conditions complexes et changeantes d'un champ agricole. L'idée qui a gagné du terrain récemment est d'utiliser une équipe, ou un consortium, de différentes bactéries travaillant ensemble. Tout comme un écosystème diversifié est souvent plus stable qu'une espèce unique, un groupe de différentes bactéries pourrait être plus efficace pour protéger une plante que n'importe laquelle d'entre elles seule. Le défi, cependant, est de déterminer exactement quelles bactéries choisir et dans quelles proportions les mélanger pour qu'elles travaillent ensemble sans se combattre.

Une équipe de chercheurs de l'Université agricole de Jilin en Chine s'est donné pour mission de construire une telle équipe spécifiquement pour les tomates. Ils ont commencé par collecter des échantillons provenant de deux endroits différents : le sol entourant les racines des plants de tomates et le tissu interne de plants de tomates sains eux-mêmes. À partir du sol, ils ont isolé des centaines de souches bactériennes, et de l'intérieur des plantes, ils en ont trouvé encore plus. Ils ont ensuite soumis ces bactéries à une série de tests pour voir lesquelles étaient les meilleures pour stopper la croissance du champignon Fusarium. Après avoir réduit un vaste bassin de candidats, ils ont sélectionné quatre souches spécifiques qui montraient la capacité la plus forte d'inhiber le champignon dans une boîte de Petri. Deux de ces bactéries provenaient du sol, et deux ont été trouvées vivant à l'intérieur des plants de tomates.

Les chercheurs ont identifié ces quatre souches comme étant différents types de Bacillus, un groupe de bactéries communes et robustes. Avant de pouvoir les mélanger, ils devaient s'assurer que les bactéries s'entendraient. Ils ont testé si les bactéries s'attaquaient entre elles si elles étaient placées dans le même récipient, et ont découvert qu'elles ne le faisaient pas. Au contraire, elles coexistaient pacifiquement, ce qui signifiait qu'elles pouvaient être combinées en un seul mélange. L'étape suivante fut la partie la plus difficile du puzzle : déterminer la recette parfaite. L'équipe devait savoir exactement quelle quantité de chacune des quatre bactéries inclure pour obtenir le meilleur résultat. Ils ont utilisé une méthode sophistiquée de test de différentes combinaisons, faisant varier les quantités de chaque souche pour voir quel mélange produisait la défense la plus forte contre le champignon.

À travers ce processus, ils ont découvert qu'une des bactéries, qu'ils ont nommée F-29, était le membre le plus important du groupe. Elle agissait comme le leader ou la souche dominante, contribuant le plus à la capacité de l'équipe à combattre le champignon. Les trois autres bactéries jouaient des rôles de soutien, mais elles étaient tout de même essentielles. Les chercheurs ont calculé que le ratio idéal pour le mélange était d'environ deux parts de la première souche du sol, deux parts de la première souche de la plante, deux parts de la seconde souche du sol, et cinq parts et demie de la souche dominante de la plante. Avec cette recette spécifique, ils ont créé un bouillon de fermentation, qui est essentiellement une culture liquide où les bactéries ont grandi et libéré leurs substances protectrices.

Lorsqu'ils ont testé ce mélange optimisé, les résultats étaient prometteurs. Le bouillon liquide était capable d'arrêter efficacement la croissance du champignon, et cette puissance restait forte même lorsque le liquide était considérablement dilué, suggérant que les bactéries produisaient une défense robuste et stable. Mais l'équipe voulait savoir si ce mélange pouvait faire plus que simplement tuer le champignon dans une boîte de Petri ; ils voulaient voir s'il pouvait réellement aider une plante de tomate à pousser et à rester en bonne santé. Ils ont appliqué le bouillon à des graines de tomates et à de jeunes semis. Ils ont constaté que le traitement aidait les graines à germer plus rapidement et à devenir des semis plus vigoureux avec des racines plus longues et des feuilles plus vertes. Les plantes traitées présentaient également des niveaux plus élevés de chlorophylle, le pigment vert essentiel à la photosynthèse, et leurs enzymes internes qui aident à traiter l'azote étaient plus actives.

Plus important encore, les chercheurs ont observé comment les plantes réagissaient lorsqu'elles étaient réellement attaquées par le champignon. Ils ont découvert que les plantes traitées avec le mélange bactérien étaient mieux préparées pour la bataille. Lorsque le champignon tentait d'envahir, les plantes traitées activaient leurs propres systèmes de défense naturelle beaucoup plus rapidement et plus fortement que les plantes non traitées. Elles produisaient des niveaux plus élevés d'enzymes spécifiques qui agissent comme un bouclier, aidant à neutraliser les dommages causés par l'envahisseur. Cela suggère que les bactéries ne se contentaient pas de combattre le champignon directement ; elles ont également appris à la plante comment mieux se défendre.

Pour voir si cela fonctionnerait dans un cadre réel, l'équipe a mené un essai dans des pots remplis de terre. Ils ont infecté certains plants de tomates avec le champignon et ont ensuite traité d'autres plants avec leur mélange bactérien. Les résultats ont montré que le mélange était efficace pour prévenir la maladie lorsqu'il était appliqué avant l'infection, et qu'il était encore plus efficace pour guérir les plantes lorsqu'il était appliqué après que l'infection a déjà commencé. Les plantes traitées présentaient une sévérité de la maladie nettement inférieure à celle des plantes non traitées. Les chercheurs ont calculé que le mélange offrait un effet protecteur d'environ 53 % et un effet curatif de 60 %.

Bien que ces résultats soient encourageants, les chercheurs prennent soin de noter que ce travail a été réalisé dans un environnement contrôlé. Le véritable test viendra lorsque ce mélange sera testé dans des champs ouverts avec différents types de sols, des conditions météorologiques variées et diverses souches du champignon. Ils ont également noté que, bien qu'ils sachent que le mélange fonctionne, ils n'ont pas encore identifié les substances chimiques spécifiques que les bactéries produisent pour combattre le champignon. Comprendre exactement comment les bactéries tuent le champignon et comment elles stimulent le système immunitaire de la plante sera la prochaine étape de leur recherche. Pour l'instant, cependant, cette étude offre un exemple concret de la manière dont la combinaison de différents types de bactéries bénéfiques peut créer un outil puissant pour protéger les cultures, offrant une alternative potentielle aux pesticides chimiques pour l'un des légumes les plus importants au monde.