Bananier : l'ennemi intérieur » maladies des plantes , agriculture et écologie

 Bananier : l'ennemi intérieur

8/6/2010

 

Bananier : l'ennemi intérieur

Deux bananiers sains engendrent parfois des bananiers malades. Le coupable ? Le virus de la mosaïque en tirets. Cet ennemi classique du bananier se révèle bien plus pernicieux qu'on ne le pensait : son génome s'incruste, fragmenté mais complet, au sein du génome de l'hôte... avant de se réassembler et de se réactiver. Une première dans le règne végétal !

Originaire d'Asie du Sud-Est, et encore présent à l'état sauvage aux Philippines, en Papouasie Nouvelle-Guinée ou en Indonésie, le bananier est un grand voyageur. L'homme a introduit cette herbe géante dans toutes les zones tropicales humides, au gré de la colonisation de terres nouvelles. Cette plante fait désormais partie intégrante du patrimoine tant culturel que cultural de nombreuses sociétés, et sert parfois même de monnaie d'échange. Elle représente aujourd'hui une culture vivrière essentielle pour des centaines de millions d'habitants de pays en développement (voir l'encadré : « Le bananier, ressource aux multiples facettes »). Comme la plupart des plantes cultivées, le bananier subit les attaques de nombreux agents pathogènes (virus, bactéries, champignons) et ravageurs (nématodes, charançons...). L'importance des dégâts qu'ils occasionnent varie selon les cultivars* et les conditions environnementales, mais leur impact économique global peut être catastrophique. C'est pourquoi, depuis plusieurs années, les programmes d'amélioration génétique menés de par le monde visent-ils à créer des variétés hybrides conjuguant les qualités agronomiques et gustatives habituellement recherchées à des caractères de résistance aux maladies.

Curieux hybrides. Au début des années 1990, en Guadeloupe, le Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (Cirad) obtient de tels hybrides par croisement interspécifique entre les deux espèces Musa balbisiana et Musa acuminata. La première est choisie en raison de sa rusticité et de sa robustesse. La seconde apporte, quant à elle, les caractères dits de « type » (banane à cuire ou banane dessert) et de qualité du fruit. Mais les observations au champ qui précèdent toujours la sélection de nouvelles variétés sont intrigantes. Bien que les deux parents soient sains, certains des hybrides développent de façon reproductible les symptômes d'une maladie virale appelée maladie de la « mosaïque en tirets » (Banana streak disease, ou BSD), provoquée par le virus du même nom (Banana streak virus, ou BSV). Et ce, dans des conditions où aucune contamination extérieure n'est possible ! Dans le même temps, plusieurs équipes de sélectionneurs et d'agronomes, que ce soit au Costa Rica, en Australie ou en Equateur, sont confrontées à des manifestations inexpliquées de la maladie chez des hybrides à l'origine saine, en général sous l'influence d'un stress environnemental. Face à ces épisodes de BSD à l'origine inconnue, la communauté des spécialistes se mobilise.

La maladie affecte, de façon systématique, environ la moitié des hybrides de la descendance. Aussi les généticiens du Cirad attribuent-ils d'abord cette ségrégation d'apparition de la maladie à une transmission sexuelle du virus, via la graine(1). Le parent femelle, M. balbisiana, est incriminé : l'ovule est en effet bien plus susceptible de transmettre un virus que le pollen. Devant la gravité de la menace, notre équipe et celles de Ben Lockhart (université du Minnesota, Etats-Unis) et de John Thomas (Queensland Department of Primary Industries, Australie) décident de mettre au point un test de détection du virus utilisable en routine sur le terrain, tant pour sélectionner des hybrides sains que pour identifier les plants femelles infectés afin de les écarter lors des croisements. Nous sommes alors en 1995 et retenons une méthode de détection de l'ADN viral après amplification par PCR*, technique dont les applications dans le règne végétal sont alors en plein essor. Le test repose sur la reconnaissance spécifique d'une partie du génome viral codant une enzyme - la transcriptase inverse - essentielle dans le cycle de reproduction du virus. Les essais de ce test de détection réalisés à grande échelle donnent des résultats désarçonnants : tous les bananiers contrôlés réagissent positivement. Ils doivent donc être considérés comme infectés, alors que la plupart d'entre eux ne présentent ni symptômes ni particules virales(2) ! Comment expliquer ces résultats systématiquement positifs, alors que le test a été dûment validé ? C'est le début de plusieurs années d'interrogations et d'hypothèses diverses appuyées par de nombreuses vérifications expérimentales.

Liaison fatale. Soupçonnant la présence de fragments de l'ADN viral dans le génome du bananier - ce qui expliquerait les réponses positives obtenues par PCR -, Ben Lockhart analyse alors le contenu total en ADN des cellules de bananier. D'abord découpé en plusieurs fragments, cet ADN est ensuite mis en présence d'une courte séquence d'ADN caractéristique du virus - une sonde virale. Or, l'un des fragments d'ADN de bananier, bien plus long que le génome du virus, se lie à la sonde : preuve que certaines parties du génome du BSV sont bien intégrées dans celui du bananier(3). L'équipe de Roger Hull, du John Innes Centre (Norwich, Royaume-Uni), aboutit peu après à la même conclusion. Ces observations se rapprochent de celles effectuées quelques années auparavant pour d'autres virus, puisque, en 1994, l'équipe britannique de Conrad Lichtenstein (Imperial College, Wye, Royaume-Uni) avait identifié de petits fragments du génome d'un geminivirus intégrés aux chromosomes du tabac(4). Réciproquement, une équipe écossaise avait, elle, démontré la présence d'une partie de gène de plante dans le génome du virus de l'enroulement de la pomme de terre(5). Autant d'exemples qui illustrent l'existence, chez les végétaux, d'échanges de séquences entre leur génome et celui des virus dont ils sont les hôtes, phénomène déjà rapporté pour les rétrovirus animaux.

Génome complet. Mais la présence de quelques fragments d'ADN viral dans les chromosomes de bananier ne peut expliquer l'apparition systématique de la maladie. C'est un génome complet qui est requis. Or, en 1999, l'équipe de Ben Lockhart et celle de Roger Hull montrent simultanément que l'ensemble des séquences du BSV intégrées dans les chromosomes de la variété hybride naturelle Obino l'Ewaï représente effectivement un génome viral complet. Fait unique à cette date dans le monde végétal ! Les mêmes chercheurs formulent alors une hypothèse audacieuse : malgré leur arrangement complexe dans l'ADN de la plante (voir l'encadré : « Profil suspect au coeur du génome »), ces fragments pourraient, dans certaines circonstances, se réassembler et constituer un génome viral complet et infectieux(3,6). Les mécanismes d'activation et d'expression de ce génome répondraient quant à eux à un stimulus biologique ou à un stress.

Bien qu'inédite chez les végétaux, l'hypothèse s'inspire d'une situation similaire bien connue chez les animaux et chez l'homme. Il s'agit des mécanismes de reproduction des rétrovirus, ces virus à ARN dont le génome s'intègre, après transcription en ADN, dans celui de leurs hôtes. Mais, à la différence des rétrovirus, le virus de la mosaïque en tirets peut parfaitement proliférer sans que son génome soit inséré dans celui de l'hôte. De plus, il ne contient pas l'information nécessaire à l'intégration active de son génome dans celui de M. balbisiana. D'où l'hypothèse que cette intégration dépende d'événements aléatoires entre le génome viral et celui de M. balbisiana. Autre différence majeure : le génome des rétrovirus est, lui, intégré d'un seul tenant dans celui de l'hôte. Comment, dans le cas du BSV au génome fragmenté dans celui du bananier, expliquer l'apparition des particules virales pathogènes, et donc des symptômes de la maladie ? L'équipe de Ben Lockhart propose un modèle de reconstitution du génome du BSV impliquant un « collage » par recombinaison* des différents segments intégrés dans le génome du bananier. L'ensemble ainsi obtenu constituerait la séquence servant de matrice pour la production de particules virales. Bien évidemment, en l'absence de preuve expérimentale, cette hypothèse audacieuse a suscité de nombreuses controverses. Outre sa nouveauté chez les végétaux, elle se heurte au fait que l'on n'a pas encore réussi formellement à démontrer que les séquences présentes dans le génome du bananier sont à l'origine des particules virales pathogènes exprimées. Cependant, l'apparition de la maladie précisément chez les plantes porteuses de cette séquence potentiellement activable et en l'absence de toute possibilité de contamination extérieure constitue un fort faisceau de présomptions.

De leur côté, les chercheurs du Cirad tentent de décrypter les étapes menant des séquences potentiellement activables à la particule virale infectieuse. Ils ont démontré la nature génétique de l'infection par le BSV observée au début des années 1990 : il s'agit bien d'une ségrégation d'apparition de la maladie dans 50 % des hybrides interspécifiques. Ils viennent également de mettre en évidence l'implication d'une séquence d'ADN présente exclusivement dans le génome de M. balbisiana et facilitant l'expression du virus(7). Cette séquence favorise-t-elle en elle-même la recombinaison du virus, ou code-t-elle une protéine ayant un rôle dans ce processus ? On l'ignore encore, et la nature exacte de ce facteur d'expression viral fait actuellement l'objet de recherches approfondies. A ce niveau, un parallèle est tracé avec les rétrotransposons*, ces séquences d'ADN « sauteuses » capables de passer d'un endroit d'un génome à un autre. En effet, l'organisation génétique des rétrotransposons - nature des gènes et ordre d'enchaînement dans le génome - est proche de celle des badnavirus en général et du BSV en particulier. Pourquoi alors ne pas imaginer que leurs modes de fonctionnement présentent des similitudes ? Les résultats préliminaires obtenus par notre équipe étayent cette hypothèse : une séquence nucléotidique associée au facteur d'expression viral mentionné plus haut ressemble très fortement à celle du rétrotransposon « Monkey » décrit chez le bananier.

Facteurs déclenchants. Un autre mystère demeure : pourquoi tous les cultivars d'hybrides issus de M. balbisiana ne sont-ils pas victimes de la maladie ? Pourquoi des cas d'émergence à certains endroits, et pas à d'autres ? Des travaux récents menés conjointement à Montpellier, au Costa Rica et aux Etats-Unis ont montré l'effet déterminant, lors de la culture in vitro, de l'étape de la prolifération des plants sur l'expression du virus chez des hybrides sains possédant la séquence potentiellement activable(8). Ce qui ne laisse pas d'inquiéter : toutes les variétés améliorées de bananier étant stériles - les graines de bananier, extrêmement dures, interdisent la consommation des fruits des variétés fertiles -, la multiplication des plants se fait précisément, le plus souvent, par culture in vitro. D'où un risque d'activation à grande échelle... Certains facteurs abiotiques, comme des écarts de température, semblent également capables de déclencher l'expression du virus. Ainsi, un lot d'hybrides identifiés comme sains et cultivés durant de nombreuses années en Guadeloupe a-t-il subitement exprimé au champ, en Australie, des symptômes de maladie après un hiver plus froid et humide que d'habitude. Certaines conditions environnementales, en particulier climatiques, pourraient donc augmenter le risque d'explosion imprévisible de la maladie.

Face à l'ampleur du problème, le Cirad a tout d'abord suspendu la diffusion de ses hybrides interspécifiques porteurs de chromosomes de M. balbisiana, et détruit ceux déjà présents au champ. Il a également décidé de réorienter son programme d'amélioration variétale vers l'obtention d'hybrides intraspécifiques utilisant exclusivement des parents M. acuminata, qui ne présentent pas actuellement de risques liés au virus de la mosaïque en tirets. Plus fondamentalement, les spécialistes placent de grands espoirs dans la génomique. Le séquençage du génome du bananier (voir l'encadré : « Vers le séquençage du génome du bananier ? ») fournira certainement des éléments permettant de mieux comprendre l'activation des séquences de BSV intégrées et d'identifier d'éventuels mécanismes de résistance de la plante. La récente mise en évidence de parties de génomes viraux dans le génome du tabac, du riz et du pétunia notamment annonce peut-être l'émergence de nouveaux cas d'infections liées à la présence de séquences virales intégrées dans le génome d'autres plantes cultivées, ce qui rend d'autant plus nécessaire la poursuite des efforts entrepris dans le cas du bananier.

Pierre-Yves Teycheney et Marie-Line Iskra-Caruana

Le bananier, ressource aux multiples facettes

Au cours de son odyssée planétaire, le bananier a subi sélections et croisements (soit naturels, soit réalisés par l'homme) qui ont donné naissance aux variétés cultivées actuelles, stériles, dont les fleurs femelles produisent des fruits sans graines se mangeant crus (banane dessert) ou cuits (plantain). Des cinq sections que comprend le genre Musa, c'est celle des Eumusa qui rassemble la majeure partie des espèces comestibles. Elle est constituée de cultivars* issus de croisements naturels entre les variétés M. acuminata et M. balbisiana.

Le bananier est une véritable plante ressource, transmise de génération en génération. Toutes les parties de la plante sont exploitées : comme les fruits, le coeur de la tige et les bourgeons peuvent être consommés ; le pseudo-tronc est utilisé pour la construction de barrages ou l'alimentation du bétail, les fibres pour la fabrication de vêtements, de filets de pêche ou de cordages, les feuilles pour la couverture de maisons ou la cuisson des aliments, et les graines de certaines variétés sauvages pour la confection de bijoux. Le bananier est aujourd'hui cultivé dans plus de 120 pays, la production mondiale se répartissant également entre les trois grandes zones de culture que sont l'Amérique du Sud et la Caraïbe d'une part, l'Asie et les îles du Pacifique d'autre part, et enfin l'Afrique. Bien qu'un dixième seulement de cette production soit exporté vers les pays développés (la banane dessert, de type Cavendish, que nous trouvons sur nos marchés), c'est une ressource importante pour l'économie de ces pays. Les Etats-Unis et l'Europe se livrent d'ailleurs à une guerre commerciale impitoyable pour son contrôle.

Profil suspect au coeur du génome

C'est sous forme d'un motif complexe (ci-dessous), répété de deux à huit fois, que le virus de la mosaïque en tirets est inséré dans le génome du bananier. Un premier fragment (en rouge), qui représente plus des deux tiers du génome viral, est inséré dans le sens de lecture de l'ADN. Il est séparé d'un fragment identique inséré en sens inverse (en bleu) par un mélange de séquences virales et de bananier (en jaune). Une dernière séquence virale (rouge) est insérée dans le sens positif : elle correspond au tiers manquant du génome viral. La réorganisation par recombinaison permettrait dans un premier temps de reconstituer un génome viral d'un seul tenant au sein du génome hôte en éliminant les séquences orientées contrairement au sens de lecture de l'ADN. Ce génome serait ensuite excisé. C'est sous la forme circulaire qui est alors la sienne qu'il est infectieux.

Vers le séquençage du génome du bananier ?

Créé sous les auspices du Réseau international pour l'amélioration de la banane et de la banane plantain (Inibap*), le Consortium international de la banane regroupe les équipes de recherche publique d'une quinzaine de pays du Nord et du Sud. Le 19 juillet 2001, lors de sa dernière réunion à Washington, il a officiellement affiché son intérêt pour la génomique du bananier. Sa nouvelle mission ? Séquencer pour partie l'ADN de cette plante. Le génome du bananier étant quatre fois plus grand que celui, récemment séquencé dans sa totalité, de l'arabette des dames (plante modèle favorite des biologistes), son décryptage intégral n'est pas actuellement envisageable pour d'évidentes raisons de coût. Le consortium oeuvre actuellement au lancement d'un programme de séquençage partiel qui constituera une première étape en vue du séquençage complet. Cette initiative ouvre la voie à l'identification de gènes d'intérêt utilisables dans les processus de sélection de nouvelles variétés et annonce peut-être l'avènement du bananier au rang de plante tropicale modèle.

Source : http://www.larecherche.fr

 

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