Aider les plantes à se défendre contre les maladies

Chaque année, une partie importante des plantes cultivées par l’homme est détruite par différents agents pathogènes. Pour améliorer la résistance de ces végétaux aux maladies, le professeur Hugo Germain, chercheur en biologie cellulaire et moléculaire à l’UQTR, mène des travaux sur les mécanismes de défense des plantes. Il espère ainsi découvrir de nouvelles composantes du système immunitaire des végétaux. Ses recherches pourraient aussi mener à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux maladies des animaux, voire des humains, ces derniers partageant plusieurs similarités cellulaires avec les plantes.

Le professeur Hugo Germain, titulaire de la Chaire de recherche UQTR en immunité végétale : génomique fonctionnelle des pathosystèmes, en compagnie de la plante Arabidopsis thaliana à divers stades de croissance (à gauche : plants âgés de cinq semaines, à droite : plants âgés de trois semaines). (Photo Flageol)

«Je m’intéresse tout particulièrement aux maladies fongiques qui affectent d’importantes cultures telles que le riz, le blé et le soya, ou des arbres comme le peuplier et le pin. Le processus infectieux des champignons biotrophes, c’est-à-dire poussant sur un hôte vivant, demeure encore peu compris en raison de cycles vitaux parfois complexes. Mes recherches se concentrent actuellement sur la rouille foliaire du peuplier, laquelle s’attaque aux feuilles de l’arbre et les fait tomber. J’étendrai ensuite mes travaux à d’autres champignons, comme la rouille du soya ou du blé», mentionne le professeur Germain.

Petite plante modèle

Le peuplier est un grand arbre, malcommode et difficile à cultiver en laboratoire pour étudier l’action de la rouille foliaire. Pour pallier ce problème, le professeur Germain utilise, en remplacement du peuplier, une petite plante appelée Arabidopsis thaliana. Il étudie de quelle façon cette plante se défend contre le champignon qui infecte le peuplier. Les résultats obtenus avec cet organisme modèle pourront ensuite être appliqués à d’autres espèces de végétaux.

«Appelée communément arabette des dames, Arabidopsis thaliana est une plante idéale pour les chercheurs, explique le professeur. Son génome a déjà été entièrement séquencé, avant même celui de l’humain. Ses quelque 25 000 gènes différents sont donc connus. De plus, elle est de petite taille, arrive à maturité après quatre semaines, produit des graines à six semaines, s’autoféconde et se cultive facilement, car c’est une mauvaise herbe. Elle constitue donc un sujet d’étude idéal, que les chercheurs utilisent depuis le milieu du 20^e siècle.»

Gros plan sur Arabidopsis thaliana, la plante modèle utilisée par le professeur Germain. (Photo Flageol)

Le professeur Germain veut savoir quels gènes de l’arabette sont impliqués dans la lutte contre les agents pathogènes. Pour ce faire, il utilise des plants dont un gène a été modifié. Chaque plant mutant est étudié, en regard de sa réaction à l’attaque du champignon. Le chercheur travaille avec une centaine de plants mutants différents, dont 80 % proviennent d’une collection des États-Unis comportant 300 000 mutants d’Arabidopsis thaliana.

«Des études récentes démontrent que les organismes pathogènes transfèrent à la plante hôte des protéines qui interfèrent avec les fonctions cellulaires normales de la plante. Pour savoir comment la rouille agit sur l’arabette des dames, nous injectons à cette dernière une protéine du champignon. À cette protéine, nous greffons un gène de la méduse, de couleur vert phosphorescent. Grâce à cette coloration, nous suivons le trajet de la protéine du champignon dans les cellules de la plante, pour voir où elle agit précisément», rapporte le chercheur.

Améliorer le système immunitaire

Les recherches menées par le professeur Germain permettront d’identifier les plantes les plus résistantes aux champignons et, par le fait même, les gènes responsables de cette bonne performance. L’utilisation de l’organisme modèle Arabidopsis thaliana, comme source de gènes de résistance, contribuera ensuite à l’amélioration des cultivars d’intérêt commercial. De plus, les résultats obtenus par le chercheur amélioreront la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires liés aux infections des hôtes végétaux par différents agents pathogènes.

«Je souhaite trouver des mécanismes de défense fondamentaux communs à toutes les espèces de plantes. Ces découvertes pourront même servir à comprendre certains mécanismes de défense immunitaire chez l’humain. J’ai d’ailleurs déjà participé à des travaux de recherche qui ont permis de découvrir la fonction d’une protéine chez la plante, ce qui a aussi fourni un éclairage sur le rôle de cette protéine chez l’humain. Les cellules végétales et humaines présentent plusieurs similarités. Les agents pathogènes qui infectent les animaux ou les végétaux, ou les deux, utilisent les mêmes stratégies», souligne le professeur Germain, qui entretient de nombreuses collaborations scientifiques à travers le monde, notamment en France, en Chine, au Japon et en Allemagne.

Le système immunitaire des plantes

Saviez-vous que les plantes n’ont pas d’anticorps? Pour se protéger des agents pathogènes (virus, bactérie, champignon, etc.), elles ont développé un système immunitaire complexe, que les chercheurs commencent à peine à comprendre.

Contrairement aux humains qui produisent les anticorps requis seulement lorsqu’ils sont infectés, les plantes disposent dès leur naissance de l’arsenal nécessaire pour se défendre contre un maximum d’agents pathogènes. Par exemple, la plante Arabidopsis thaliana possède environ 600 protéines différentes pour lutter contre la maladie.

Outre certaines caractéristiques physiques faisant office de barrière, les plantes possèdent deux niveaux de protection contre un agent pathogène. Ce dernier est d’abord repéré par des récepteurs qui déclenchent alors un mécanisme de défense de faible intensité, souvent suffisant pour éloigner la menace. En cas d’échec, les protéines de résistance de la plante prennent la relève et mettent en branle différents moyens de protection, extrêmement puissants. Certaines cellules de la plante peuvent aller jusqu’au suicide, pour protéger le reste de l’organisme et éliminer l’agent pathogène.

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