Endophyte-Mediated Elicitation Enhances Picrosides Production in Suspension Cultures of Picrorhiza kurroa Royle ex Benth

Dans l'air rare et ténu de l'Himalaya, une petite herbe sans prétention appelée Picrorhiza kurroa est depuis longtemps prisée pour sa capacité à guérir. Depuis des siècles, la médecine traditionnelle s'appuie sur ses racines pour traiter les maladies du foie, l'asthme et d'autres affections. Le secret de sa puissance réside dans un groupe de composés chimiques complexes appelés picrosides, que la plante produit comme une forme de défense naturelle. Cependant, la récolte de ces plantes à l'état sauvage est devenue un problème sérieux. La demande pour cette herbe est devenue si grande que la plante est désormais en danger, et la simple culture en jardin échoue souvent à produire les mêmes niveaux élevés de médicaments que l'on trouve dans la nature. Les scientifiques se sont tournés vers des cultures de laboratoire, faisant pousser les cellules de la plante dans des flacons, mais ces cellules oublient souvent de fabriquer les substances chimiques précieuses dont elles ont besoin. Pour résoudre ce problème, les chercheurs explorent une stratégie différente : observer le monde invisible des champignons qui vivent à l'intérieur même de la plante. Ces partenaires microscopiques, connus sous le nom d'endophytes, aident souvent leurs plantes hôtes à survivre au stress et à produire davantage de leurs composés médicinaux. La question est de savoir si nous pouvons utiliser ces minuscules champignons pour apprendre aux cellules cultivées en laboratoire à se souvenir de leur vocation médicinale.

Une équipe de chercheurs de l'Institut de technologie des bioressources de l'Himalaya en Inde s'est donné pour mission de tester cette idée en utilisant des cellules de l'herbe de l'Himalaya. Ils ont commencé par collecter des spécimens sauvages de la plante provenant du col de Rohtang, une région de haute altitude dans l'Himalaya. À partir des racines de ces plantes sauvages, ils ont soigneusement isolé trois types distincts de champignons vivant à l'intérieur des tissus. En utilisant le séquençage génétique pour les identifier, ils ont découvert deux types de champignons Fusarium et un type de Trichoderma. Ces champignons n'étaient pas des envahisseurs nuisibles, mais des résidents naturels de la plante. Les scientifiques ont ensuite préparé des extraits des cellules fongiques, créant une solution liquide contenant les signaux chimiques que ces champignons libèrent naturellement. Ils ont pris deux types de cultures de cellules végétales cultivées en laboratoire — l'une dérivée des feuilles de la plante et l'autre de ses racines — et ont introduit ces extraits fongiques en elles. Le but était de voir si les cellules végétales réagiraient à la présence fongique en intensifiant leur production de picrosides et de produits chimiques apparentés.

L'expérience consistait à ajouter différentes quantités de liquide fongique aux cultures de cellules végétales et à observer ce qui se passait sur plusieurs jours. Les chercheurs ont constaté que les cellules végétales réagissaient bel et bien, mais que la réponse dépendait fortement du type de champignon utilisé, de la quantité ajoutée et de l'origine des cellules (feuille ou racine). L'un des champignons, une espèce de Fusarium acuminatum, s'est avéré être le déclencheur le plus puissant. Lorsque les cellules dérivées des feuilles ont été traitées avec une concentration spécifique de ce champignon, elles ont produit une augmentation significative de composés médicinaux. Les niveaux de picroside I ont atteint 4,71 milligrammes par gramme de poids sec de plante, le picroside II a atteint 3,93 milligrammes et le picroside III a atteint 0,48 milligramme. Le traitement a également stimulé d'autres substances chimiques importantes, notamment l'aucubine et le catalpol, qui sont des précurseurs ou des composés apparentés aidant à la formation du médicament final. Les cellules dérivées des racines ont également bien répondu, bien que les quantités exactes varient légèrement, montrant que les différentes parties de la plante réagissent de manière unique au même signal fongique.

Les deux autres champignons ont également fonctionné, mais ils agissent différemment. L'espèce Trichoderma a augmenté la production de picrosides, mais pas aussi spectaculairement que Fusarium acuminatum. Elle a toutefois montré une forte capacité à stimuler les niveaux de catalpol, un bloc de construction clé de la chimie de la plante. Le troisième champignon, une autre espèce de Fusarium, a eu un effet plus modeste sur les principaux picrosides, mais semblait préférer stimuler la production de précurseurs chimiques comme l'acide vanillique et l'acide cinnamique. Cela suggère que différents champignons peuvent « accorder » la chimie interne de la plante dans différentes directions. Les chercheurs ont également observé que le moment de l'administration et la concentration comptaient énormément. Ajouter trop de liquide fongique ou le laisser trop longtemps provoquait le brunissement des cellules et l'arrêt de leur croissance, indiquant que le traitement était devenu toxique. Cependant, à la bonne dose, l'extrait fongique agissait comme un léger coup de pouce, réveillant les usines chimiques dormantes de la plante sans nuire aux cellules.

Cette étude démontre clairement que les champignons microscopiques vivant à l'intérieur des plantes sauvages détiennent la clé pour débloquer des rendements médicinaux plus élevés en laboratoire. En utilisant les signaux naturels de ces champignons, les scientifiques peuvent inciter les cellules végétales cultivées en laboratoire à produire les mêmes niveaux élevés de composés précieux que leurs homologues sauvages. La recherche souligne que tous les champignons ne sont pas les mêmes ; chaque espèce interagit avec la plante de manière unique, et trouver le bon partenaire est essentiel. Bien que ces travaux soient encore au stade expérimental, ils offrent une voie prometteuse pour la conservation de l'espèce menacée Picrorhiza kurroa. Au lieu de dépouiller les montagnes de leurs plantes sauvages, nous pourrons bientôt cultiver le médicament dont nous avons besoin dans un environnement contrôlé, guidés par les microbes mêmes qui vivent aux côtés de la plante depuis des millénaires.