Les mécanismes de défense naturelle des végétaux pour une agriculture durable et productive

Le microbiome est la première ligne de défense des végétaux contre les agents pathogènes. Tout comme les humains et les animaux, les plantes hébergent d’innombrables micro-organismes avec lesquels elles vivent en symbiose. Nichant au cœur de leurs feuilles et de leurs racines, ces communautés microbiennes leur rendent des services essentiels, en leur permettant notamment de se défendre contre les maladies. On estime qu’actuellement 10 à 20 % de la production alimentaire mondiale est perdue à cause de ces maladies. Face à la croissance de la demande alimentaire due à l’augmentation de la population, une des étapes cruciales pour maximiser les rendements obtenus grâce aux systèmes agricoles actuels sera de remédier à ces effets. L’objectif des recherches du Dr Lauri Mikonranta, axées sur les communautés microbiennes colonisant les racines des plantes, est d’étudier la dynamique complexe qui gouverne les interactions entre l’hôte, l’agent pathogène et le microbiome. Notre chercheur s’intéresse tout particulièrement au rôle, encore peu connu, du changement environnemental et de l’évolution bactérienne sur le résultat de ces échanges, c’est-à-dire sur la santé des plantes. Grâce à une meilleure compréhension de la résistance des communautés bactériennes face aux agents pathogènes, il vise à contribuer au développement de nouvelles stratégies à base de bactéries et respectueuses de l’environnement, afin de remplacer durablement ou ponctuellement les produits agro-chimiques qui sont souvent inefficaces et toxiques.

Des recherches récentes ont démontré qu’étant donné la forte concurrence en termes de ressources et le chevauchement élevé des niches, la grande variété de microbes présents dans les racines permet d’empêcher la prolifération des agents pathogènes. « Cela est dû au fait que les racines abritent des milliers d’espèces de microbes différentes qui entrent en concurrence avec les agents pathogènes », explique le Dr Lauri Mikonranta. « En effet, de nombreuses espèces interagissent entre le microbiome et les agents pathogènes, et les ressources et l’espace disponibles sont insuffisants. » « La diversité joue, à cet égard, un rôle important dans la résistance aux invasions », poursuit notre chercheur. « Mais la réalité est bien plus complexe. La relation entre la diversité et la résistance aux invasions n’est pas linéaire. D’autres facteurs interviennent, comme les changements de température, la disponibilité des nutriments, l’équilibre du pH dans les sols ou les mutations rapides des caractéristiques des espèces pour s’adapter à la cohabitation. » Les conditions environnementales et l’évolution bactérienne sont en effet susceptibles de modifier la relation de force en renforçant certaines espèces et en affaiblissant d’autres. Afin de prédire de façon fiable les conséquences d’une invasion pathogène, les scientifiques ont besoin d’en savoir davantage sur les communautés bactériennes et sur la manière dont les agents pathogènes réagissent à ces éléments.

Renforcer les défenses naturelles des plantes à l’aide de cocktails bactériens

« C’est un peu comme une course aux armements, où les agents pathogènes et le macrobiote résident évoluent de façon parallèle. Toutefois, les agents pathogènes se propagent d’un hôte à l’autre par le biais de réservoirs environnementaux, et doivent également s’adapter à ces circonstances », résume le Dr Lauri Mikonranta. « Dès que nous aurons une meilleure connaissance de cette dynamique de pouvoir, nous pourrons renforcer la résistance du micriobiome en développant des stratégies comme, par exemple, les cocktails bactériens. » Pour réaliser ce projet, le Dr Lauri Mikonranta mènera des expériences en laboratoire sur des modèles d’écosystèmes et sur le microbiome de plants de tomates, qu’il soumettra à un pathogène végétal aux effets dévastateurs sur les sols. En observant la variation des interactions en fonction des conditions environnementales, l’objectif de l’équipe est de développer un modèle simplifié capable de prévoir ce qui pourrait se passer à l’état sauvage.

« Des méthodes relativement simples et respectueuses de l’environnement pourraient suffire pour venir à bout des pires épidémies, à condition de mieux comprendre les interactions tripartites entre l’environnement, les agents pathogènes et les communautés bactériennes résidentes », insiste le Dr Lauri Mikonranta. C’est en fournissant des réponses à ces questions que ce projet de recherche réussira à contribuer au développement de stratégies pour répondre de manière efficace et durable à la croissance de la demande alimentaire et au changement climatique. Par ailleurs, les recherches du Dr Lauri Mikonranta sur les principes éco-évolutifs en relation avec le microbiome végétal pourraient s’appliquer à d’autres structures de microbiomes. Ses recherches pourraient, par exemple, avoir des implications sur le macrobiote humain et sur le développement de nouveaux probiotiques.