Le silençage induit par l’hôte des gènes essentiels de Puccinia triticina par l’expression transgénique de séquences d’ARNi réduit la gravité de la rouille des feuilles chez le blé

Citation

Panwar, V., Jordan, M., McCallum, B., Bakkeren, G. (2018). Host-induced silencing of essential genes in Puccinia triticina through transgenic expression of RNAi sequences reduces severity of leaf rust infection in wheat. Plant Biotechnology Journal, [online] 16(5), 1013-1023. http://dx.doi.org/10.1111/pbi.12845

Résumé en langage clair

La rouille des feuilles, causée par le champignon pathogène Puccinia triticina (Pt), est une des menaces les plus graves pour la production durable de blé dans le monde. Ce pathogène est connu pour son évolution adaptative rapide qui lui permet de vaincre les variétés de blé résistantes. De nouvelles approches de lutte contre la rouille des feuilles sont donc nécessaires pour réduire les pertes de rendement causées par le Pt. Ce champignon pathogène est un biotrophe obligatoire, ce qui signifie qu’il ne peut se développer que sur son hôte et qu’il ne peut pas être cultivé in vitro en laboratoire, ce qui en rend l’étude moléculaire et génétique très difficile. Presque tous les organismes disposent d’un mécanisme de silençage, c’est-à-dire un système de défense moléculaire qui détruit les messages provenant des gènes transcrits lorsqu’une copie complémentaire est présente. Ensemble, ces copies forment une molécule hybride qui devient une cible pour des enzymes qui la découpent. Il s’ensuit que le gène en question n’est pas bien exprimé ou n’est plus exprimé. Cette technologie peut ainsi servir à vérifier la fonction des gènes. Il est intéressant de noter que nous avons déjà montré qu’il est possible d’exprimer des copies ou des parties de gènes déjà hybridées chez le blé, mais qui correspondent aux messages provenant des gènes transcrits chez le champignon Pt. Sans que l’on sache comment, ce champignon ingère ces copies ou les parties déjà hybridées en se « nourrissant » de la plante hôte pendant qu’il l’infecte, influant ainsi sur ses propres gènes pendant une approche de type « cheval de Troie ». Nous avons donc trouvé une nouvelle technique pour étudier les gènes du champignon. En ciblant les gènes fongiques qui sont essentiels à la pathogénicité, le champignon est gravement affaibli au moment de l’infection, ce qui donne moins de rouille des feuilles chez les plantes de blé. Dans cette étude, nous avons réussi à exprimer de manière stable chez des plantes de blé les parties de deux gènes essentiels à la pathogénéicité qui étaient déjà hybridées. Dans la prochaine génération de plantes, c’est-à-dire dans la T2, le phénomène de suppression de la rouille des feuilles est encore présent. Dans les meilleures lignées de blé que nous avons mises au point, la croissance du champignon dans la plante est grandement inhibée, sa biomasse étant réduite à 20 % de celle observée chez les plantes témoins. Ceci entraîne une importante diminution de la production de spores fongiques et, par conséquent, moins de propagation de la maladie à d’autres plantes. Ces travaux montrent que la mise au point de plantes de blé qui expriment de manière stable des ARN de silençage ciblant des gènes essentiels du champignon responsable de la rouille des feuilles peut offrir une résistance efficace à la maladie. Il s’agit donc d’une méthode différente pour protéger les cultures contre la rouille.

Résumé

© Sa majesté la Reine en chef du Canada, 2017. Plant Biotechnology Journal, publié par la Society for Experimental Biology, The Association of Applied Biologists et John Wiley & Sons Ltd. La rouille des feuilles, causée par le champignon pathogène Puccinia triticina (Pt), est une des menaces biotiques les plus graves pour la production durable de blé dans le monde. Ce pathogène, biotrophe obligatoire, est répandu dans le monde entier et est connu pour son évolution adaptative rapide qui lui permet de vaincre les variétés de blé résistantes. De nouvelles approches de lutte contre la rouille des feuilles sont donc nécessaires pour réduire les pertes de rendement causées par le Pt. Ayant déjà démontré le potentiel de l'interférence par l'ARN de l'hôte (ARNi-H) dans le dépistage fonctionnel des gènes du Pt qui jouent un rôle dans la pathogenèse, nous évaluons ici l'utilisation de cette technologie dans les plantes de blé transgéniques comme méthode pour protéger contre l’infection par le Pt. L'expression stable des constructions d'ARNi en épingle à cheveux avec une homologie de séquence à la protéine-kinase du Pt associée aux membranes (Pt MAP-kinase ou PtMAPK1) ou à un gène codant une cyclophiline (PtCYC1) dans les plantes de blé sensibles a permis le silençage efficace des gènes correspondants chez le champignon, entraînant la résistance des plantes à la rouille des feuilles jusque dans la génération T2. L'inhibition de la prolifération du Pt dans les lignées transgéniques par l'ARNi induit par la plante a été associée à une réduction significative de l'abondance de transcrits fongiques cibles ainsi qu’à une accumulation moindre de biomasse fongique dans les plantes très résistantes. On a observé une corrélation entre la protection contre la maladie et la présence de molécules d’ARNsi spécifiques des gènes fongiques ciblés dans les lignées transgéniques comportant la construction complémentaire ARNi-H. Ces travaux montrent que la production de plantes de blé transgéniques exprimant des transgènes inducteurs d'ARNi pour inhiber les gènes essentiels des champignons de la rouille peut fournir une résistance efficace à la maladie, ouvrant ainsi une autre voie au développement de cultures résistantes à la rouille.