Menaces fongiques pour le blé : Le rôle de FgKnr4

Le blé est une culture clé dans le monde, fournissant environ 20 % des calories et des protéines que les gens consomment. C’est vital pour la sécurité alimentaire mondiale et offre des nutriments essentiels. Cependant, le blé fait face à d'énormes menaces provenant de maladies et de ravageurs, ce qui entraîne des pertes de récolte importantes. Environ 21,5 % des rendements de blé sont perdus chaque année à cause de ces défis.

#Les grandes maladies qui touchent le blé

Deux maladies fongiques ont été identifiées comme des contributeurs majeurs à la réduction du rendement et de la qualité du blé. La fusariose de l'épi (FHB) et la tache de Septoria tritici (STB) sont les principales coupables. La FHB représente 2,85 % des pertes de blé, suivie de près par la STB à 2,44 %. La FHB est causée par divers champignons d'un groupe spécifique, et elle contamine les grains de blé avec des substances nocives appelées Mycotoxines, qui peuvent avoir de graves impacts économiques sur les industries alimentaires et de l'élevage.

#Fusariose de l'épi (FHB)

La FHB est une maladie fongique qui touche de nombreuses cultures de céréales et est causée par des espèces du champignon Fusarium. Cette maladie apparaît de plus en plus dans de nombreuses régions cultivant des céréales. Quand les fleurs sont infectées, les grains sont contaminés par des mycotoxines. Ces substances peuvent être nuisibles, et beaucoup de régions ont des lois strictes concernant leurs niveaux dans la nourriture. Malgré les efforts pour contrôler la FHB, la contamination par les mycotoxines reste un problème pour les économies qui dépendent de la production céréalière.

La principale mycotoxine produite pendant la FHB est le déoxynivalénol (DON), principalement trouvé dans le blé en Europe. Fusarium graminearum est le principal champignon produisant le DON. Ce champignon attaque les plants de blé en deux étapes : d'abord, il se cache des défenses de la plante et ne montre pas de symptômes pendant environ trois jours. Ensuite, des symptômes apparaissent, comme le blanchiment des tissus de blé et un retard dans la croissance des grains.

#Tache de Septoria tritici (STB)

La STB est causée par le champignon Zymoseptoria Tritici et touche les feuilles de blé. Ce champignon a aussi une phase asymptomatique, durant environ neuf jours, avant que la maladie ne devienne visible. Contrairement à F. graminearum, Z. tritici n'envahit pas les cellules de blé ; il existe seulement dans les cavités des feuilles.

Actuellement, la FHB et la STB sont gérées à l'aide d'un mélange de résistance des plantes et d'applications de fongicides. Cependant, la montée de la résistance aux fongicides rend le contrôle de plus en plus difficile, soulignant le besoin urgent de nouvelles stratégies pour lutter contre ces maladies du blé.

#La quête pour comprendre l'infection par les pathogènes

Les chercheurs se concentrent sur la compréhension de la manière dont ces champignons infectent les plants de blé. En étudiant les gènes impliqués dans ces interactions, les scientifiques espèrent découvrir comment les plantes réagissent aux attaques fongiques et comment les champignons établissent des infections. Une méthode utilisée pour analyser les relations entre les gènes s'appelle l’analyse de réseau de co-expression génique pondérée (WGCNA). Cette technique aide à organiser les données d'expression génique en réseaux qui représentent différents processus biologiques.

La WGCNA a été efficacement utilisée pour étudier diverses infections fongiques, aidant les chercheurs à identifier des gènes clés associés à la maladie. Bien qu'il y ait eu des études sur la réponse du blé à F. graminearum, aucune recherche dédiée n'a exploré les profils de co-expression pendant le processus d'infection fongique jusqu'à présent.

#Construction d'un réseau de co-expression

Pour mieux comprendre l'expression génique pendant l'infection par F. graminearum, un réseau de co-expression dual a été créé. Ce réseau lie l'expression génique fongique à celle du blé à différentes étapes du processus d'infection. Les chercheurs se sont concentrés sur des étapes spécifiques de l'infection, examinant des échantillons prélevés sur des plants de blé à divers moments après l'infection.

En analysant l'expression de milliers de gènes, ils ont organisé les données en modules distincts représentant différentes fonctions tant dans le champignon que dans la plante de blé. Importamment, ils ont trouvé des corrélations entre les modules dans le champignon et le blé, révélant des motifs d'expression partagés qui suggèrent que certains gènes travaillent ensemble pendant l'infection.

#Découvertes significatives du réseau de co-expression

Parmi les divers modules identifiés, un module fongique s'est démarqué en raison de sa haute expression pendant la phase asymptomatique de l'infection. Ce module a conduit à la découverte du gène FgKnr4, qui a montré qu'il joue un rôle vital dans les premières étapes de l'infection.

L'analyse expérimentale a révélé que FgKnr4 est impliqué dans des processus cruciaux comme la croissance, la tolérance au stress et la capacité de causer la maladie. Notamment, ce gène est largement distribué parmi les champignons mais absent chez d'autres types d'organismes. La suppression de FgKnr4 dans le champignon a entraîné une réduction de ses capacités d'infection, confirmant son importance dans la virulence.

#Points forts du réseau de co-expression dual

Le réseau de co-expression dual a révélé le timing et les motifs d'expression génique durant les diverses étapes de l'infection par F. graminearum. Les motifs d'expression des gènes étaient distincts pour chaque étape, aidant à identifier quand des fonctions spécifiques sont actives pendant l'infection.

Par exemple, pendant la phase asymptomatique précoce, certains gènes fongiques montraient une haute expression, indiquant que le champignon s'active avant que des symptômes visibles n'apparaissent. En revanche, à mesure que les symptômes se développent, d'autres gènes deviennent plus actifs, indiquant un changement d'accent de l'établissement à la cause de la maladie.

#Mécanismes de défense du blé

Alors que le champignon attaque, les plants de blé initient leurs mécanismes de défense, qui sont également représentés dans le réseau de co-expression. Un module de blé, enrichi en gènes de détoxification, a été trouvé en réponse à la présence de la mycotoxine DON produite par F. graminearum. Lorsque le champignon était présent mais incapable de produire du DON, l'expression de ces gènes de détoxification a diminué, suggérant qu'ils sont induits en réponse à la menace posée par la mycotoxine.

Cette corrélation renforce l'idée que le blé réagit activement aux attaques fongiques et est prêt à détoxifier les substances nocives produites par les pathogènes.

#Découverte de la réponse fongique au blé

L'étude a mis en évidence comment F. graminearum adapte son expression génique tout au long du processus d'infection. Des modules spécifiques ont été identifiés, montrant une haute expression pendant les phases précoces et tardives de l'infection, offrant un aperçu de la manière dont le champignon se prépare et répond aux défenses de la plante de blé.

Notamment, des gènes impliqués dans la réponse au stress se sont révélés cruciaux pour la survie de F. graminearum durant les premières étapes d'infection. Cela inclut des gènes qui aident le champignon à faire face aux stresses oxydatifs et osmotiques imposés par les défenses de la plante.

#FgKnr4 : Un acteur clé de l'infection

Le gène FgKnr4 a émergé comme un acteur significatif du processus d'infection. Les chercheurs ont démontré que la suppression de ce gène entraînait une réduction de la virulence fongique. Cela signifie que sans FgKnr4, F. graminearum ne peut pas infecter efficacement la plante de blé.

Dans des tests en laboratoire, les plants de blé infectés par un mutant dépourvu de FgKnr4 ont montré beaucoup moins de croissance fongique et de symptômes de maladie que ceux infectés par des champignons de type sauvage. Cela a souligné le rôle clé que joue FgKnr4 dans l'établissement réussi et la progression de l'infection.

#L'impact de FgKnr4 sur la croissance fongique

D'autres expériences ont indiqué que FgKnr4 affecte également la croissance générale du champignon. Les mutants dépourvus de ce gène ont montré des taux de croissance plus lents sur divers milieux de culture comparés aux champignons de type sauvage. Cela a non seulement mis en évidence le rôle du gène dans la virulence, mais aussi son importance dans la biologie fongique générale.

Des examens microscopiques ont révélé que la suppression de FgKnr4 entraînait des structures anormales sur les murs cellulaires du champignon. Cela suggère que FgKnr4 pourrait être important pour maintenir l'intégrité de la paroi cellulaire durant la croissance et l'infection.

#Perspectives inter-espèces : Un point de vue plus large

Fait intéressant, les chercheurs ont découvert que la fonction de FgKnr4 est conservée à travers différentes espèces de champignons, y compris un autre pathogène du blé, Zymoseptoria tritici. La disruption du gène ZtKnr4 dans Z. tritici a entraîné une virulence réduite similaire, soutenant l'idée que l'étude d'un pathogène peut fournir des informations pertinentes pour d'autres.

Cette conservation de fonction souligne le potentiel de cibler ces gènes dans les pratiques agricoles. Comprendre les rôles de gènes comme FgKnr4 pourrait mener au développement de nouveaux fongicides ou d'autres méthodes de contrôle pour protéger les cultures de blé contre des infections dévastatrices.

#Conclusion

La recherche met en évidence les interactions complexes entre le blé et ses pathogènes fongiques, soulignant l'importance de l'expression génique pour comprendre ces relations. La découverte du rôle de FgKnr4 dans la virulence fongique fait progresser notre compréhension des maladies du blé et ouvre des avenues pour développer des stratégies efficaces pour les combattre. En s'appuyant sur les informations tirées des réseaux de co-expression, les scientifiques peuvent mieux relever les défis posés par les pathogènes fongiques, garantissant la continuité de la productivité et de la sécurité des approvisionnements en blé à l’échelle mondiale.