- Tour d'horizon
La série « Tour d’horizon en trois questions » met en valeur la recherche sous toutes ses formes et porte un regard éclairé sur l’actualité.
Geneviève Lajoie, professeure à l’INRS
Les insectes envahissants représentent une menace grandissante pour l’agriculture mondiale. Le ver fil-de-fer, la pyrale du maïs et le doryphore de la pomme de terre comptent parmi insectes les plus problématiques pour les productrices et producteurs au Québec. En 2020 seulement, les pertes de récoltes qui leur sont associées ont atteint jusqu’à 74 milliards de dollars américains selon la FAO. Alors que les changements climatiques et les échanges commerciaux favorisent leur propagation, le développement de solutions durables devient plus urgent que jamais.
Professeure à l’Institut national de recherche scientifique (INRS), Geneviève Lajoie étudie les interactions entre les plantes et les micro-organismes qui les accompagnent. Elle explique comment la lutte biologique pourrait contribuer à mieux protéger les cultures contre les ravageurs émergents.
Comment la présence d’insectes envahissants est-elle devenue une menace pour nos cultures et nos récoltes?
Une conséquence importante des changements climatiques en Amérique du Nord est le déplacement vers le nord des conditions environnementales favorables à de nombreuses espèces végétales, animales et microbiennes. Ces changements amènent les espèces à déplacer leur aire de répartition afin de demeurer au sein de leur enveloppe climatique historique. Cela favorise de nouvelles rencontres entre plantes, insectes et champignons augmentant ainsi le risque d’exposition des plantes à des pathogènes et ravageurs avec lesquels elles n’ont pas co-évolué.
L’introduction de nouvelles espèces exotiques envahissantes par les échanges commerciaux mondiaux accentuent ces défis, puisque l’établissement de ces espèces est désormais facilité par des hivers moins rigoureux.
L’émergence d’épidémies causées par de nouveaux pathogènes et ravageurs constitue un enjeu croissant à l’échelle mondiale. Ces épidémies compromettent la sécurité alimentaire en entraînant des pertes directes de récoltes, tout en générant d’importants coûts économiques et environnementaux associés à l’utilisation de pesticides pour leur contrôle, et de fertilisants chimiques pour compenser les pertes de productivité agricoles. En plus d’être coûteux, ces produits chimiques sont néfastes tant pour la biodiversité locale que pour la santé humaine. Un nombre croissant d’études, menées entre autres par des équipes de recherche à l’INRS montrent notamment que les pesticides peuvent agir comme perturbateurs endocriniens, et potentiellement influencer la fertilité.
Il devient donc de plus en plus pressant de trouver des solutions alternatives pour la gestion des ravageurs émergents qui limiteraient l’application de fertilisants et de pesticides de synthèse.
En quoi consistent ces solutions alternatives?
Nous concentrons nos efforts sur ce qu’on appelle la lutte biologique. Cela veut dire qu’on mise sur l’utilisation d’organismes vivants plutôt que de produits de synthèse pour venir contrôler les ravageurs et soutenir la santé de nos cultures. Nous sommes particulièrement intéressés par l’utilisation du microbiote des plantes pour les aider à faire face à ces défis.
Tout comme les humains, les plantes sont recouvertes d’une grande diversité de bactéries et champignons qui les aident à demeurer en santé et à s’adapter à leur environnement. D’une part, ce microbiote promeut la croissance de la plante en facilitant son accès à certains nutriments comme l’azote, le phosphore ou le fer. D’autre part, il la protège en constituant une barrière physique contre l’établissement de microbes pathogènes et en produisant des antibiotiques pouvant les combattre.
Le microbiote végétal constitue ainsi une véritable armée invisible pour la plante, que nous essayons maintenant de mobiliser dans la lutte contre les ravageurs et pathogènes émergents.
Deux grandes approches sont possibles. D’abord, il est possible de modifier les conditions environnementales dans lesquels poussent les plants afin de leur permettre de recruter naturellement des micro-organismes qui leur seront bénéfiques. Ensuite, nous pouvons récolter dans la nature des micro-organismes bénéfiques que nous cultivons ensuite en grand nombre en laboratoire afin de venir les réappliquer sur les plants en serre ou en champ. Alors que cette deuxième approche représente une façon plus directe de contrôler le microbiote des plants, elle est souvent limitée par des problèmes de compatibilité entre les souches isolées et la diversité de cultivars et d’espèces végétales utilisées en agriculture.
Ainsi, une souche permettant de combattre un pathogène du blé, n’est pas nécessairement efficace contre un pathogène de l’orge. Un des efforts de recherche particulièrement cruciaux est donc de développer des ensembles de plusieurs souches pouvant être utiles dans une plus grande diversité de contextes agricoles.
Concrètement, comment vos recherches contribuent-elles au développement de ce genre de solutions contre les invasions d’insectes dans nos cultures?
Les solutions de lutte biologique fondées sur les micro-organismes ont surtout été étudiées pour combattre les maladies causées par des champignons. En revanche, leur potentiel pour protéger les plantes contre les insectes ravageurs demeure encore peu exploré. Notre objectif est donc de mieux comprendre comment les communautés microbiennes associées aux plantes peuvent renforcer leur résistance face aux ravageurs émergents.
Dans notre laboratoire du Centre Armand-Frappier Santé Biotechnologie de l’INRS, nous nous intéressons actuellement à la tomate comme modèle d’étude. À l’aide d’expériences réalisées en chambres de croissance, nous observons les interactions entre les plants et différents insectes ravageurs afin d’identifier les micro-organismes susceptibles de stimuler les mécanismes naturels de défense des plantes.
Nos premiers résultats, en cours de publication, montrent que la composition du microbiote de la tomate se modifie rapidement à la suite d’une attaque d’insectes. Nous avons notamment observé un enrichissement de groupes bactériens capables de fixer l’azote, ce qui suggère que la plante pourrait recruter certains alliés microbiens pour soutenir sa réponse défensive. Ces observations renforcent l’hypothèse selon laquelle le microbiote constitue une composante importante du système immunitaire des plantes.
La prochaine étape consiste à isoler ces souches et à évaluer leur capacité à protéger les cultures tout en favorisant leur croissance. Mené en collaboration avec le Jardin botanique de Montréal, ce projet pourrait mener au développement de nouveaux outils de biocontrôle pour les producteurs agricoles. Bien que nos travaux portent actuellement sur la tomate cultivée en serre, les connaissances acquises pourraient être transposées à de nombreuses autres cultures.
Geneviève Lajoie est basée au Centre Armand-Frappier Santé Biotechnologie de l’INRS. Ses recherches portent sur l’écologie et l’évolution des interactions entre les plantes et les micro-organismes. Elle est également membre du Centre SÈVEet du Réseau québécois de recherche en agriculture durable (RQRAD), et du Centre d’étude de la forêt.