Défense des plantes contre les agents pathogènes et les herbivores

Les plantes sont constamment soumises aux attaques des microbes et des animaux et se défendent au moyen de barrières stratifiées, d'un système immunitaire inductible et d'un arsenal chimique — des mécanismes de défense dont la génétique sous-tend la résistance aux maladies en agriculture.

Definition

La défense des plantes est l'ensemble des mécanismes structurels, chimiques et moléculaires par lesquels les plantes résistent ou limitent les dommages causés par les agents pathogènes et les herbivores.

Scope

Ce sujet aborde les défenses végétales constitutives et induites, le système immunitaire végétal à deux niveaux contre les agents pathogènes, le modèle de résistance gène-pour-gène, les défenses contre les herbivores, y compris les répulsifs chimiques et les défenses indirectes, et la manière dont la diversité des défenses est utilisée dans la protection des cultures.

Core questions

• Comment le système immunitaire des plantes reconnaît-il et répond-il aux agents pathogènes ?
• Quelle est la base gène-pour-gène de la résistance aux maladies ?
• Comment les plantes se défendent-elles contre les herbivores, directement et indirectement ?

Key theories

Immunité végétale à deux niveaux

Les plantes détectent les molécules microbiennes conservées à la surface cellulaire pour une première couche d'immunité et utilisent des récepteurs intracellulaires pour reconnaître les effecteurs pathogènes pour une seconde couche, plus forte, culminant souvent en une mort cellulaire localisée.

Résistance gène-pour-gène et diversité

La résistance suit souvent une relation gène-pour-gène entre un gène de résistance de la plante et un gène d'avirulence de l'agent pathogène, et le déploiement d'une résistance diversifiée au sein d'une culture peut supprimer la maladie sur le terrain.

Mechanisms

L'immunité des plantes débute lorsque des récepteurs de reconnaissance de motifs de surface détectent des motifs moléculaires associés aux microbes conservés, déclenchant des défenses basales. Les agents pathogènes virulents délivrent des effecteurs pour supprimer cette réponse, mais les plantes possèdent des récepteurs intracellulaires à domaine de liaison aux nucléotides et à répétitions riches en leucine qui reconnaissent des effecteurs spécifiques — la base moléculaire de la résistance gène-pour-gène — et déclenchent une réponse forte incluant souvent la réaction hypersensible de mort cellulaire et la résistance systémique acquise. Contre les herbivores, les plantes déploient des barrières physiques et des métabolites secondaires toxiques ou répulsifs, et peuvent libérer des composés volatils qui attirent les ennemis naturels de l'herbivore attaquant.

Clinical relevance

Les maladies des plantes et les dommages causés par les ravageurs entraînent des pertes de récoltes importantes ; ainsi, la compréhension des mécanismes de défense sous-tend la sélection de variétés résistantes et l'élaboration de stratégies intégrées — y compris le déploiement de la diversité génétique — qui réduisent la dépendance aux pesticides tout en protégeant les rendements.

History

Flor a formulé l'hypothèse gène-pour-gène à partir d'études sur la rouille du lin dans les années 1940 et 1950 ; le clonage moléculaire des gènes de résistance et la reconnaissance ultérieure d'un système immunitaire à deux niveaux, ainsi que des études de terrain sur le contrôle basé sur la diversité, ont construit la compréhension moderne de la défense des plantes.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Les plantes ont-elles un système immunitaire ?

Oui ; bien que les plantes ne possèdent pas de cellules immunitaires mobiles ni d'anticorps, elles disposent d'un système immunitaire inné qui reconnaît les agents pathogènes par le biais de récepteurs de surface cellulaire et intracellulaires et répond par des défenses incluant la mort cellulaire localisée et la résistance systémique.

Comment la plantation de variétés diverses peut-elle réduire les maladies des cultures ?

Le mélange de variétés ayant des résistances différentes limite la propagation d'un agent pathogène, car une souche capable d'infecter une variété rencontre des plantes résistantes à proximité ; des expériences de terrain sur le riz ont montré qu'une telle diversité peut réduire considérablement les maladies et le besoin de fongicides.