France
Sepetmber 13, 2023
Researchers from INRAE, the Agro Montpellier Institute, the French Agricultural Research Centre for International Development (CIRAD), the French National Centre for Scientific Research (CNRS) and Yunnan Agricultural University (China) discovered a form of social immunity in wheat and rice. Disease susceptibility in wheat and rice is modulated not only by genetic resistance traits, but also by interactions with neighbouring plants of the same species. The findings, published in PLOS Biology, show that inter-plant cooperation can reduce disease susceptibility by nearly 90 percent in certain cases, as much as is conferred by a plant’s own resistance genes. The findings create new possibilities for improving plant resistance to disease and reducing the use of pesticides.
Reducing pesticide use is a critical issue for agriculture. Mixing crop cultivars is a tool to achieve that aim. There is renewed interest in the practice, and in France today more than 10 percent of the area under wheat cultivation uses mixed crop cultivars. Mixing crop cultivars is known to reduce epidemics by inhibiting the spread of a disease from one plant to another. However, mixtures have variable success in controlling disease. This may in part be caused by yet-unknown interactions between cultivars.
To understand the effects of inter-cultivar interactions, researchers studied the interactions between more than 200 pairs of rice or wheat cultivars in controlled conditions. They inoculated each pair with a foliar fungal pathogen, and then analysed plant susceptibility to the disease when grown in association with another plant of the same cultivar or with a different cultivar.
The findings demonstrate that in 10 percent of pairs studied, the presence of a neighbouring plant had an effect on disease susceptibility. With the use of genetic modelling, researchers were able to quantify the effect and demonstrate that certain pairings reduce disease susceptibility in the infected plant by almost 90 percent. This means that disease susceptibility in two major crops, rice and wheat, is modulated not only by the resistance genes of each cultivar, but also by the interactions each plant establishes with its neighbours. In these two crops, we can see a population-level type of cooperation. This may be akin to herd immunity responses found in animal species.
In certain circumstances, inter-plant cooperation can reduce disease susceptibility by as much as is conferred by a plant’s own genes. Consequently, there is considerable potential to strengthen resistance by means other than varietal improvement.
Reference
Pélissier R., Ballini E., Temple C. et al. (2023). The genetic identity of neighboring plants of neighboring plants in intraspecific mixtures modulates disease susceptibility of both wheat and rice. PLOS Biology, 21 (9), DOI : doi.org/10.1371/journal.pbio.3002287
Study carried out as a part of the Franco-Chinese Plantomix International Associated Laboratory.
Bonne entente de voisinage chez les plantes pour mieux résister aux maladies
Des chercheurs d’INRAE, de l’Institut Agro Montpellier, du Cirad, du CNRS et de la Yunnan Agricultural University (Chine) ont découvert une forme d’immunité sociale chez le blé et le riz. La sensibilité aux maladies chez ces plantes n’est pas seulement conditionnée par des gènes de résistance mais résulte également d’un dialogue avec leurs voisines de la même espèce. Leurs résultats, publiés dans PLOS Biology, montrent que dans certains cas cette coopération peut réduire de près de 90 % la sensibilité de la plante aux maladies, c’est-à-dire autant que leurs propres gènes de résistance. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la résistance des plantes aux maladies et contribuer à réduire l’usage des pesticides.
Réduire l’usage des pesticides est un enjeu majeur pour l’agriculture. Les mélanges de variétés sont un des outils pour y parvenir. Il y a un regain d’intérêt pour cette pratique et aujourd’hui en France plus de 10 % des surfaces de blé sont cultivées selon cette méthode. Ces mélanges sont connus pour réduire les épidémies en limitant le passage des maladies d’une plante à l’autre. Toutefois le succès de ces mélanges dans le contrôle des maladies est variable. Cela pourrait être dû en partie à des interactions entre plantes de la même espèce jusque-là inconnues.
Pour comprendre les effets de ces interactions entre variétés, les chercheurs ont étudié en conditions contrôlées plus de 200 paires qui associaient 2 variétés de riz ou 2 variétés de blé. Ils ont infecté manuellement chacune de ces paires par des champignons pathogènes s’attaquant aux feuilles et ont ensuite analysé la sensibilité des plantes à la maladie selon qu’elles poussaient avec une plante identique ou une voisine d’une variété différente.
Les résultats montrent que dans 10 % des paires étudiées, le voisinage d’une plante affecte sa sensibilité à la maladie. Avec l’aide de modèles génétiques, les scientifiques ont pu quantifier cet effet et montrent que certaines associations réduisent de près de 90 % la sensibilité à la maladie de la plante infectée. Cela signifie que la sensibilité aux maladies des deux céréales majeures que sont le riz et le blé n’est pas seulement conditionnée par des gènes de résistances que possède chaque variété, mais également d’un dialogue que chaque plante établit avec ses voisines. Autrement dit, on assiste chez ces 2 céréales à une forme de coopération à l’échelle d’une population. Il pourrait s’agir d’une forme de régulation de l’« immunité collective » comme il en existe chez les animaux.
Dans certains cas cette coopération entre plantes réduit autant les niveaux de sensibilité à la maladie que les gènes de la plante elle-même. Il existe donc un très fort potentiel d’amélioration de la résistance au-delà de l’amélioration variétale.
Référence
Pélissier R., Ballini E., Temple C. et al. (2023). The genetic identity of neighboring plants of neighboring plants in intraspecific mixtures modulates disease susceptibility of both wheat and rice. PLOS Biology, 21 (9), DOI : doi.org/10.1371/journal.pbio.3002287
Étude réalisée dans le cadre du laboratoire international associé franco-chinois Plantomix
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Species
