Comprendre la résistance à la fusariose de l'épi

La fusariose des épis, souvent appelée scab, est une maladie grave qui touche des céréales comme le blé, le maïs et l'orge à travers le monde. Cette maladie réduit non seulement la quantité de grain produite, mais la rend aussi dangereuse à consommer en contaminant le grain avec des toxines nocives connues sous le nom de trichothécènes, y compris le désoxynivalénol et le zéaralénone.

La principale cause de la FHB est un groupe de champignons connu sous le nom de complexe d'espèces Fusarium graminearum. Ce groupe compte plus de 15 espèces, avec F. asiaticum et F. graminearum étant les plus courantes en Chine. F. asiaticum est particulièrement répandu dans certaines régions, comme celles du milieu et du bas du fleuve Yangtze.

#Défis de résistance dans le blé

Les agriculteurs font face à des défis importants car il n'existe que quelques variétés de blé qui résistent naturellement aux champignons Fusarium. De plus, la résistance génétique complète à F. asiaticum n'est pas encore totalement comprise ou intégrée dans les variétés de blé disponibles dans le commerce. Du coup, les agriculteurs continuent de s'appuyer fortement sur les fongicides pendant la période de floraison du blé pour gérer la FHB.

Un fongicide spécifique, le phénamacril, a montré son efficacité contre la FHB et d'autres maladies causées par des espèces de Fusarium. Cependant, le problème surgit lorsque des souches résistantes de ces champignons se développent. Ces souches résistantes peuvent être créées par des processus de laboratoire, comme l'exposition des champignons à des fongicides et à la lumière UV. Le Comité d'action contre la résistance aux fongicides a classé le phénamacril comme ayant un risque moyen à élevé pour le développement de la résistance.

#Mécanisme de résistance dans les espèces de Fusarium

Des études ont indiqué que la résistance au phénamacril dans les espèces de Fusarium est liée à des changements dans une protéine spécifique connue sous le nom de Myosine5. Plusieurs mutations dans le gène Myosine5 entraînent divers niveaux de résistance à ce fongicide. Par exemple, certaines mutations entraînent une faible résistance, tandis que d'autres peuvent conférer des niveaux élevés de résistance.

Le phénamacril agit en se liant à la protéine Myosine5, ce qui perturbe sa fonction et empêche la croissance des champignons. Cependant, les souches résistantes ont des mutations qui modifient le site de liaison, permettant aux champignons de survivre même en présence du fongicide.

#Le rôle de l'analyse du transcriptome

Récemment, des chercheurs se sont tournés vers l'analyse du transcriptome comme outil pour étudier comment les champignons se développent et réagissent au stress des fongicides. Cette approche consiste à examiner tout l'ARN messager (ARNm) produit par un organisme dans des conditions spécifiques. Cette technique est connue pour sa sensibilité et a été utilisée pour comprendre comment divers champignons réagissent à différents fongicides.

L'analyse du transcriptome a déjà été appliquée à des études sur les espèces de Fusarium, examinant leurs réponses à différents traitements. L'objectif est de découvrir les changements génétiques qui se produisent lorsque ces champignons sont exposés à des fongicides.

#Objectifs de l'étude

Le but de la recherche est de clarifier comment le phénamacril agit sur F. asiaticum et d'identifier les gènes ou voies clés affectés par ce fongicide. Pour cela, les chercheurs ont créé des souches sensibles et résistantes de F. asiaticum avec des mutations connues dans le gène Myosine5.

En comparant l'expression des gènes dans ces souches après traitement avec du phénamacril, les chercheurs espèrent obtenir des informations sur les mécanismes de résistance et comment le phénamacril inhibe la croissance de F. asiaticum.

#Création de souches de mutation ponctuelle

Pour étudier les effets du phénamacril, les chercheurs ont commencé avec une souche sensible de F. asiaticum et ont introduit des mutations ponctuelles spécifiques dans le gène Myosine5 pour créer des souches résistantes. Le processus de sélection impliquait l'utilisation de marqueurs spécifiques pour différencier les souches sensibles et résistantes.

Après avoir confirmé les mutations réussies, les chercheurs ont isolé les souches pures pour une analyse plus approfondie.

#Compréhension de la croissance mycélienne et de la sensibilité aux fongicides

Les chercheurs ont comparé la croissance de différentes souches de F. asiaticum. Toutes les souches semblaient similaires visuellement, mais leurs taux de croissance variaient, notamment lorsqu'elles étaient exposées au phénamacril. Les souches sensibles montraient de fortes réactions à des concentrations plus faibles du fongicide, tandis que les souches résistantes étaient beaucoup moins affectées et pouvaient même croître à des doses élevées de phénamacril.

Cela a été déterminé par des tests où différentes souches étaient placées sur des milieux contenant des concentrations variées de phénamacril. Les résultats ont mis en évidence des différences significatives de sensibilité entre les diverses souches de F. asiaticum.

#Réalisation du séquençage du transcriptome

Pour enquêter davantage sur les différences entre les souches, les chercheurs ont séquencé les ARNm des souches sensibles et résistantes après les avoir traitées avec du phénamacril. Ce processus a impliqué de générer des lectures propres et de haute qualité, qui ont ensuite été comparées au génome de référence pour identifier les gènes exprimés.

Au total, un nombre significatif de gènes uniques ont été identifiés dans toutes les souches, fournissant une vue d'ensemble de la façon dont chaque souche réagit au traitement au phénamacril.

#Analyse de l'expression différentielle des gènes

Un des principaux objectifs de l'étude de transcription était de trouver les changements d'expression des gènes entre les souches sensibles et résistantes après traitement. Un certain nombre de gènes exprimés de manière différentielle (DEGs) ont été identifiés, certains gènes montrant une expression accrue dans les souches résistantes et d'autres étant régulés à la baisse.

L'analyse a montré que les souches résistantes avaient plusieurs gènes dont l'expression était significativement augmentée, indiquant un changement dans leurs voies métaboliques en réponse au phénamacril. En revanche, les souches sensibles présentaient un plus grand nombre de gènes régulés à la baisse dans les mêmes conditions.

#Analyse fonctionnelle des Gènes exprimés différemment

Pour mieux comprendre les fonctions des gènes exprimés de manière différentielle, les chercheurs ont réalisé une analyse d'enrichissement de l'ontologie génique (GO). Ce système de classification regroupe les gènes en fonction de leurs fonctions biologiques.

L'analyse a révélé que beaucoup des gènes régulés à la hausse dans les souches résistantes étaient associés à l'absorption de nutriments et au métabolisme. Ces résultats suggèrent que les souches résistantes pourraient être meilleures pour acquérir des nutriments, leur permettant de croître malgré la présence du fongicide.

#Résultats de la classification GO

Différentes catégories fonctionnelles ont été identifiées pour les gènes régulés à la hausse dans les souches résistantes, y compris des processus liés au métabolisme des petites molécules et des acides organiques, ainsi qu'à l'homéostasie du fer. Comprendre ces fonctions aide à clarifier comment les souches résistantes parviennent à survivre en présence de phénamacril.

#Mécanismes de régulation de la résistance

En comparant les transcriptomes, les chercheurs ont identifié des gènes spécifiques qui jouent un rôle dans la régulation de la résistance. Ils ont trouvé un groupe de gènes qui étaient constamment exprimés dans les souches résistantes mais pas dans les souches sensibles. Beaucoup de ces gènes étaient liés à des processus métaboliques pouvant soutenir la croissance dans des conditions défavorables.

De plus, ils ont identifié des gènes impliqués dans le transport de nutriments et des voies métaboliques qui améliorent la capacité des souches résistantes à utiliser efficacement les ressources disponibles.

#Effets inhibiteurs du phénamacril

L'étude a également examiné les gènes affectés par le phénamacril dans les souches sensibles et résistantes. L'analyse a révélé un ensemble de gènes dont l'expression était modifiée, quel que soit le type de souche. Ces gènes incluaient ceux liés à la production d'énergie et aux processus de désintoxication.

En comprenant ces cibles inhibitrices communes, les chercheurs peuvent obtenir des informations sur la manière dont le phénamacril exerce ses effets sur différentes souches et identifier des pistes potentielles pour le développement de nouveaux fongicides.

#Résumé des résultats

Cette recherche met en lumière la complexité de la résistance aux fongicides dans F. asiaticum. En combinant des techniques génétiques avec l'analyse du transcriptome, les chercheurs peuvent commencer à démêler l'intricate réseau de mécanismes de résistance et l'impact des fongicides sur la croissance fongique.

Les résultats montrent que les souches résistantes ont adapté leurs voies métaboliques pour survivre au traitement, en se concentrant sur l'absorption de nutriments et la production d'énergie. L'étude souligne l'importance de comprendre ces mécanismes pour développer des stratégies efficaces de gestion des maladies Fusarium dans les cultures.

#Conclusion

La lutte contre la FHB est compliquée par le développement de souches résistantes de champignons Fusarium. En approfondissant notre compréhension de la façon dont ces champignons s'adaptent aux fongicides comme le phénamacril, les chercheurs peuvent informer des pratiques de gestion plus efficaces et contribuer à la réussite continue de la production de cultures céréalières. Les connaissances acquises grâce à cette recherche peuvent également aider à la découverte de nouvelles cibles pour le développement de fongicides, offrant l'espoir d'un meilleur contrôle de cette maladie destructrice.