Phytogénétique, Phytoprotection
Génétique des céréales, Phytopathologie

L’étude et l’utilisation de résistance aux maladies multiples chez le blé afin de réduire le besoin de fongicides

Résumé vulgarisé

L’une des principales priorités des programmes de sélection du blé est le développement et la commercialisation de cultivars offrant une résistance efficace et durable à un grand nombre de maladies. La fusariose de l’épi (FHB) et les rouilles du blé sont des maladies dévastatrices du blé qui ont un impact économique important sur les blés sensibles. Le développement de cultivars résistants est un facteur clé pour une gestion durable des cultures. Le cultivar brésilien Toropi (Frontana 1971.37 / Quaderna // Petiblanco 8), mis sur le marché en 1965, a été cultivé commercialement pendant plus de 15 ans, conservant un niveau élevé de résistance à la rouille brune (RB) tout au long de ces années. Outre la LR, Toropi a également démontré une bonne résistance à la rouille jaune (RJ), à la rouille noire (RN), et à la fusariose. La résistance des Toropi à la fusariose a été étudiée dans le cadre du projet, et elle est conférée par la combinaison de plusieurs QTL (1A, 5A.1, 5A.2 co-localisés avec la RN, la RB et la RJ, respectivement). La colocalisation des gènes de résistance à la fusariose et à la rouille facilitera l’incorporation de la résistance à de multiples maladies dans de nouveaux cultivars de blé améliorés. Pour incorporer la résistance dans le blé québécois, des croisements ont été effectués et des populations sont en cours de développement.

Crédit photo : Silvia Rosa

Résumé scientifique

La fusariose de l’épi (Fusarium spp.) est une maladie dévastatrice du blé ayant un impact économique important. En plus de réduire les rendements, les céréales infectées par la fusariose accumulent des mycotoxines qui les rendent impropres à la consommation animale et humaine. Au Québec, la fusariose est considérée comme la principale maladie du blé. Les maladies foliaires (par exemple, les rouilles) peuvent réduire considérablement (50%) les rendements en grains des blés susceptibles. Pour lutter contre ses maladies, les fongicides sont souvent nécessaires, mais leur utilisation est liée aux problèmes de santé, d’environnement et économiques. Le développement de cultivars résistants est un facteur clé pour la gestion durable des cultures. Leur utilisation réduit la nécessité des pesticides et augmenter la rentabilité pour les agriculteurs.

Comme les plantes en plein champ sont attaquées par de multiples agents pathogènes, les généticiens doivent prendre en compte la résistance à de multiples maladies. Il n’est pas facile de combiner plusieurs gènes de résistance dans un seul cultivar. Par conséquent, la présence de régions génomiques conférant une résistance à plus d’un pathogène peut être très utile. Dans le cadre de ce projet, l’objectif était d’identifier de résistance effective à de maladies multiples, dont la fusariose d’épi (ci-après considérés comme fusariose), et poursuite le développement de cultivars de blé résistants, qui constituent un outil alternatif à l’usage des pesticides (amélioration de cultivars).

Le cultivar brésilien Toropi, enregistré en 1965, a montré une bonne résistance à la rouille des feuilles, à la rouille jaune, à la rouille noire (Barcellos et al., 2000; Rosa et al., 2016, 2018, 2019; Kolmer et al., 2018). Récemment, les résistances de Toropi aux trois rouilles du blé ont été cartographiées en utilisant deux populations à double haploïde dérivées du croisement entre Toropi et Thatcher (Rosa et al., 2019). Une population de 168 lignées (population 1) a été génotypée par 90K iSelect rangée de polymorphismes à nucléotide simple (SNP pour « single nucleotide polymorphism »), tandis que la seconde population (155 lignées, population 2) a été partiellement génotypée pour valider les loci de résistance à la rouille. Un projet pilote de résistance de Toropi à la fusariose a été lancé en 2018 pour tester la population 1 de Toropi dans une pépinière de fusariose à Saint-Mathieu-de-Beloeil (QC) avec inoculation et irrigation artificielles. Les résultats suggèrent que les loci sur le chromosome 5A confère au Toropi portion de sa résistance à la fusariose. Deux loci associés à la fusariose ont été détectés sur le chromosome 5AL, l’un au même endroit d’un QTL associé à la résistance à rouille des feuilles et l’autre au même endroit d’un QTL de résistance à la rouille jaune. Cette découverte étant très intéressante, nous avons voulu la confirmer dans le cadre de l’actuel projet du MAPAQ.

Toropi et Thatcher, les parents des populations en étude, ont montré une résistance bonne à intermédiaire à la fusariose dans tous les essais. Toropi a présenté dans la plupart des essais moins de symptômes au champ que Thatcher, mais ce dernier a accumulé moins de DON. Une ségrégation transgressive (meilleures et moins bonnes lignées dans la population par rapport aux parents) a été observée dans les deux populations pour tous les caractères évalués, ce qui signifie que les gènes contrôlant l’infection par le Fusarium dans Toropi et Thatcher sont différents et que leur combinaison améliore la résistance à la fusariose.

Sept régions génomiques (loci de caractères quantitatifs, « quantitative trait loci » – QTL)  (dans les chromosomes 1A, 3B, 5A.1, 5A.2, 5D, 7B et 7D) liés à la résistance à la fusariose ont était identifiés chez Toropi, mais les plus importants se trouvaient dans les chromosomes 1A et 5A (2 régions) (Fig 1). Et à notre grande surprise, ils sont colocalisés avec les régions associées à les résistances à la rouille noire, la rouille brune et la rouille jaune, qui ont été identifiés précédemment par notre groupe. Chez Thatcher, one région génomique (chromosome 2B) a était identifié comme conférant résistance à la fusariose.

Pour évaluer l’effet des QTL (1A, 5A.1 et 5A.2 de Toropi-6.4 et 2B de Thatcher) identifiés dans la population entre Toropi et Thatcher sur la résistance à la fusariose, les lignées de la population ont été classés en fonction de la présence ou de l’absence de QTL et regroupés en 16 classes comprenant l’absence de ces QTL, la présence d’un ou de plusieurs QTL. Individuellement, chaque QTL n’a pas présenté d’effet majeur sur la réduction de la fusariose (similaires à la classe sans aucun des 4 QTL) (Fig 2). Cependant, en combinaison, ils ont montré un effet additif, réduisant les symptômes et les niveaux de DON.

Pour incorporer la résistance de Toropi dans le blé québécois, des croisements ont été effectués et des populations sont en cours de développement. Les marqueurs moléculaires qui ont été conçus pour faciliter l’introduction de la résistance à la fusariose et aux rouilles dans les futurs cultivars de blé seront utiliser. De nouveaux cultivars résistants aux maladies multiples et présentant des teneurs réduites en mycotoxines devraient être mis à la disposition des agriculteurs québécois d’ici quelques années.

Objectifs

Dans le cadre de ce projet, l’objectif était d’identifier des résistances efficaces à de multiples maladies, dont la fusariose et les rouilles, et de poursuivre le développement de cultivars de blé résistants.

 

Crédit photo : CÉROM

Domaine : Phytogénétique, Phytoprotection
Spécialité : Génétique des céréales, Phytopathologie
Porteur de projet : Silvia Barcellos Rosa
Collaborateur(s) interne(s) : Tanya Copley
Collaborateur(s) externe(s) : Camila Zanella (NIAB), Maria Antonia Henriquez (AAC), Lesley Boyd (AAC), Brent McCallum (AAC), Colin Hiebert (AAC), Srinivas Sura (AAC)
Source de financement : MAPAQ – Programme Innov’Action Agroalimentaire, SeCan, PGQ
Durée : 2020 – 2024
Culture : Blé de printemps
Pays : Canada, Royaume-Uni
Régions : Montérégie
Statut : Terminé

GALERIE PHOTOS

PROJETS

La tache goudronneuse du maïs (Phyllachora maydis) est une des maladies les plus importantes en Amérique latine et aux États-Unis, créant des pertes de 50 % en années épidémiques, menaçant la sécurité alimentaire mondiale. En 2018, seulement trois ans après sa première détection, des pertes de 30 % ont été observées aux États-Unis en raison de conditions climatiques favorables. La gestion de la tache goudronneuse inclut les rotations, l'enfouissement de résidus, les fongicides foliaires et l'utilisation d'hybrides moyennement résistants. Autant que les rotations peuvent aider à réduire l'inoculum provenant du champ, les infections sur les feuilles du haut de la plante dans des champs aux États-Unis suggèrent que les ascospores de P. maydis peuvent voyager de champs voisins et sur de longues distances, réduisant l'efficacité des rotations et du travail du sol pour la gestion de la tache goudronneuse. Des hybrides moyennement résistants existent, mais, des études démontrent que la majorité des hybrides sont susceptibles, rendant la gestion de cette maladie dépendante principalement aux fongicides foliaires. Les études démontrent que les fongicides foliaires les plus efficaces pour la gestion de la tache goudronneuse sont ceux ayant deux ou trois ingrédients actifs et des indices de risque pour la santé et l'environnement plus élevées. Avec les changements climatiques, des outils de gestion sont nécessaires pour prendre des décisions informées tant à la nécessité d'appliquer des fongicides foliaires ou non. Des modèles prévisionnels existent pour la tache goudronneuse du maïs, que ça soit avec des données météorologiques ou la détection hâtive par imagerie multispectrale, et permettent de cibler le moment d'applications de fongicides foliaires uniquement lorsque nécessaire et dans les secteurs du champ réellement atteints par la maladie. Par contre, il manque encore des connaissances tant à leur exactitude, précision et spécificité sous conditions agroclimatiques québécoises. Pour les modèles d’imagerie multispectrale, il manque encore des études suivant le développement de la maladie aux différents stades phénologiques du maïs et à différents niveaux de sévérité de la maladie au champ. Ce projet vise à évaluer, adapter et valider les modèles prévisionnels climatiques, et de développer des modèles de surveillance et détection hâtive par imagerie multispectrale par drone pour outiller les producteurs et productrices québécois et québécoises.
Le nématode à kystes du soja (Heterodera glycines, synonyme NKS) est le ravageur le plus nuisible du soya dans le monde, causant des pertes estimées de plus de 880 millions de dollars (USD) annuellement depuis 2015 dans le nord des États-Unis et en Ontario (Crop Protection Network). La gestion du NKS se fait par la rotation des cultures avec des plantes non hôtes et l’utilisation de variétés de soja résistantes. Actuellement, environ 95 % des variétés résistantes contiennent une seule source de résistance provenant de PI 88788. En raison de la surexploitation de cette source, la résistance se dégrade aux États-Unis, ainsi que dans plusieurs champs en Ontario et au Québec. En conséquence, il est urgent de développer des variétés avec des sources de résistance alternatives afin de fournir aux producteurs canadiens des options alternatives pour prévenir l'effondrement de la résistance. Ce projet vise à développer de nouvelles variétés de soya à courte saison (MG 0 à MG 000) portant la résistance provenant de neuf nouvelles sources de résistance, et à confirmer leur résistance aux types Hg 0 et Hg 2.5.7 du NKS. Ces types Hg sont actuellement les types Hg prédominants au Canada, et le développement de nouvelles variétés résistantes à ces types Hg offrira donc aux producteurs de soya canadiens des sources de résistance alternatives au PI 88788 et contribuera à maintenir l'efficacité des variétés de soya résistantes. Pour développer les variétés, la prédiction génomique sera utilisée pour prédire les meilleurs croisements. Les croisements subiront ensuite une sélection assistée par marqueurs pour éliminer les lignées non résistantes, et les lignées avancées présentant des traits agronomiquement supérieurs seront soumises à un phénotypage contre les deux types Hg.
La résistance aux herbicides est devenue un problème majeur pour les producteurs de soya au Québec, surtout en Montérégie. Deux mauvaises herbes sont particulièrement préoccupantes : la petite herbe à poux, très compétitive, et le maïs spontané, qui pousse après la récolte et cause d’importantes pertes de rendement. Comme ces mauvaises herbes sont de plus en plus difficiles à contrôler, les producteurs doivent souvent utiliser davantage d’herbicides, ce qui augmente les coûts et la pression sur l’environnement. Ce projet vise à tester une nouvelle approche : utiliser des drones et l’intelligence artificielle pour repérer précisément les mauvaises herbes dans les champs, puis appliquer les herbicides seulement où c’est nécessaire. À l’aide d’images aériennes, un algorithme sera entraîné pour reconnaître automatiquement les foyers d’herbe à poux et de maïs spontané. Ces informations permettront de créer une carte de prescription qui guidera un pulvérisateur pour effectuer des traitements localisés. Les essais auront lieu sur quatre fermes en Montérégie durant trois ans. Le projet mesurera la précision de l’algorithme, la qualité du contrôle des mauvaises herbes, la réduction de la quantité d’herbicide utilisée, l’effet sur le rendement du soya et les économies possibles pour les producteurs. En somme, le projet cherche à démontrer qu’il est possible de réduire les pesticides tout en maintenant de bons rendements, grâce à l'utilisation des cartes de prescription.

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