Les surfaces biomimétiques peuvent prévenir les maladies fongiques.

Des chercheurs de l'Université d'Adélaïde, en Australie, proposent de traiter les maladies fongiques foliaires comme un problème de biointerface. Cette approche vise à identifier les signaux physico-chimiques utilisés par les agents pathogènes pour reconnaître la surface des feuilles. Ces connaissances peuvent orienter les stratégies de prévention fondées sur l'amélioration génétique et sur des produits capables de modifier les propriétés de la cuticule végétale (doi 10.1116/6.0005533).

Ce concept repose sur une étape commune aux pathogènes foliaires. Avant l'infection, le champignon doit entrer en contact avec la feuille et reconnaître son hôte. Les caractéristiques de la surface peuvent stimuler la germination des spores et la progression de la colonisation. Interrompre cette reconnaissance peut prévenir ou réduire le développement de la maladie.

Première interface

La cuticule recouvre les parties aériennes des plantes et constitue leur première interface avec l'environnement. Cette couche est composée d'une matrice de cutine et de cires cuticulaires. Les cires épicuticulaires occupent la région externe et déterminent des propriétés telles que la composition chimique, l'hydrophobicité, la rugosité et la topographie.

La composition varie selon les espèces, les cultivars, les tissus, les stades de développement et les conditions environnementales. Les cires comprennent des composés aliphatiques à longue chaîne, ainsi que des terpènes, des polyphénols et des substances volatiles. En surface, ces matériaux peuvent former des structures cristallines à morphologie lamellaire, fibreuse ou tubulaire.

Reconnaissance de l'hôte

Les données recueillies dans cette étude indiquent un rôle biologique de ces cires dans la reconnaissance de l'hôte. Les spores fongiques peuvent détecter des composés spécifiques et adapter leur stratégie avant la pénétration. L'oïdium de l'orge, causé par Blumeria graminis subsp. hordei, réagit à l'aldéhyde hexacosanal, à chaîne carbonée de 26 atomes de carbone. L'oïdium du blé, associé à Blumeria graminis subsp. tritici, utilise l'octacosanal, à chaîne carbonée de 28 atomes de carbone. Ces composés sont présents dans les cires épicuticulaires des cultures respectives.

Les modèles d'infection traditionnels utilisent des feuilles entières. Ils permettent d'évaluer la sensibilité des espèces et des cultivars, mais rendent difficile la distinction entre les effets de la chimie de surface, de la morphologie, de la physiologie et des réponses immunitaires, expliquent les scientifiques. La variation naturelle des tissus réduit également la reproductibilité des essais.

De nombreuses études évaluent les modifications métaboliques, protéomiques ou transcriptomiques après l'établissement de la maladie. Ces méthodes décrivent les réponses ultérieures, mais ne permettent pas d'isoler les facteurs responsables du succès du pathogène lors de son premier contact avec la plante.

surfaces artificielles

Pour pallier cette limitation, les chercheurs proposent des surfaces artificielles recouvertes de cires foliaires. Le système dépose des extraits de cire sur des substrats inertes et forme des films de composition connue. La technique de dépôt par centrifugation étale une solution sur une surface en mouvement et produit une couche mince et uniforme.

Ce modèle préserve la chimie de la feuille tout en simplifiant la complexité des tissus vivants. La vitesse de rotation, le solvant, le volume et la concentration de la solution permettent de contrôler l'épaisseur et l'hydrophobicité du film. Des tests permettent d'établir un lien entre ces propriétés et la germination des spores.

Données préliminaires

Les données préliminaires présentées par les scientifiques montrent la germination de deux sous-espèces de Blumeria graminis sur des surfaces recouvertes de cires provenant de différentes plantes. L'intégration des résultats biologiques et la caractérisation des films pourraient révéler des composés ou des propriétés susceptibles de stimuler la maladie.

Les premiers modèles produisent des surfaces lisses. Ils ne reproduisent pas la morphologie naturelle complète des cires, mais permettent de dissocier l'effet de la composition chimique. Les systèmes futurs pourront intégrer la rugosité, la topographie, les gradients chimiques, la température et l'humidité. D'autres techniques de dépôt et de microfabrication pourraient également permettre un meilleur contrôle des caractéristiques de surface.

La proposition prévoit l'évaluation de différentes cultures et groupes de pathogènes. La plupart des recherches existantes portent sur les oïdiums biotrophes. L'intégration des rouilles, des pourritures, des taches et d'autres agents pathogènes pourrait contribuer à la constitution de bases de données de sensibilité. Ces bases de données rassembleraient des informations sur la culture, le champignon et les caractéristiques de la surface.

Sélection des plantes

Ces résultats pourraient orienter la sélection de plantes aux profils cireux moins favorables à la reconnaissance par le pathogène. Les programmes de sélection et d'édition génomique pourraient exploiter cette diversité. Une autre solution consiste à utiliser des pulvérisations inspirées de la cuticule, formulées pour modifier la surface des feuilles et perturber les mécanismes de détection du champignon.

Ces stratégies nécessitent encore une validation sur des plantes et en conditions réelles. L’objectif est de passer d’une gestion post-traitement à une gestion préventive de la transmission des infections. Cette approche ne remplace ni les fongicides ni les variétés résistantes, mais ouvre une nouvelle piste de recherche pour réduire l’incidence des maladies.