Impact de l’environnement sur la santé de la plante

Impact de l’environnement sur la santé de la plante

La santé des plantes ; un enjeu majeur pour celle de l’homme ?

Maintenir un couvert végétal non seulement dense mais sain à la surface du globe est une nécessité pour l’avenir de l’humanité. Il y a 10 000 ans, l’Homme cessant d’être seulement un prédateur, a développé l’agriculture et est devenu un producteur qui renouvelle ce qu’il consomme par les semis et l’élevage. Entre 9500 et 7500 av. J.-C. les groupes humains se sédentarisent et l’agriculture se développe avant de se banaliser pour permettre le développement des civilisations urbaines. Ces deux phénomènes ont révolutionné les habitudes de l’espèce humaine et sont à l’origine de conséquences incalculables. La maîtrise des végétaux et des animaux (élevage) a permis un accroissement démographique sans précédent et le développement fulgurant de l’industrie à partir du 18éme siècle.

Après 10 000 ans de sédentarisation, d’agriculture, et d’industrialisation, l’homme a modifié profondément les écosystèmes. Aujourd’hui, la population mondiale continue de s’accroître, ce qui entraîne une demande importante de terre, alors qu’on se dirige inéluctablement vers les limites physiques de la planète. Partout la pression sur les écosystèmes naturels se fait de plus en plus forte pour aboutir dans certains cas à des modifications irréversibles. Une disparition de la faune aux conséquences ‘catastrophiques’ pour les écosystèmes et aux impacts écologiques, économiques et sociaux majeurs est en cours et s’accélère (Ceballos, Ehrlich et Dirzo, 2017). Il n’est plus contesté que l’agriculture participe à la destruction des écosystèmes. Alors même qu’elle subit les effets du changement climatique (sécheresses, inondations, hausses des températures) elle y contribue également fortement: 24% des gaz à effet de serre sont produits par l’agriculture (Torquebiau, 2015). Nos modèles agricoles doivent donc être repensés de manière urgente. Cette nécessité d’innover n’est pas nouvelle et a déjà été vécue dans l’Histoire. Ce qui est nouveau c’est que ce processus se joue maintenant à l’échelle planétaire sur toutes les cultures à la fois (Griffon, 2010).

Les défis à relever sont énormes : comment conserver la biodiversité, comment conserver des couverts végétaux abondants et sains (en particulier dans les zones tropicales), comment nourrir l’humanité avec une nourriture saine et abondante ? Hier la réponse était simple, il suffisait d’augmenter les rendements, et la recette était connue: ‘la Révolution Verte’ qui consistait à accroître l’utilisation intensive des fertilisants et des pesticides et la mécanisation. Le ‘parapluie phytosanitaire’ était une réponse industrielle et universelle qui permettait d’assurer des rendements stables et élevés. Or il est maintenant bien établi que l’agriculture intensive entraîne des effets environnementaux négatifs (excès d’engrais, pollution des nappes, perte de biodiversité, etc..) et présente des risques notables pour la santé humaine des producteurs et des consommateurs. ‘La santé des plantes est d’importance vitale pour tout le monde’ (Lucas, 2009). On sait en effet que la photosynthèse est probablement le processus biochimique le plus important sur terre. Les molécules d’oxygène rejetées par les végétaux dans l’atmosphère enrichissent constamment l’air que nous respirons.

Les végétaux, avec les bactéries, sont les seuls êtres vivants capables de produire des substances organiques avec des éléments minéraux. De ce fait ils constituent le premier maillon d’une chaîne dont dépend le règne animal. Les plantes assurent un lien indispensable entre le monde organique et inorganique. Une bonne santé ‘naturelle’ des végétaux sauvages ou cultivés est-il un indicateur d’un écosystème équilibré et sain pour l’homme ? Dans une agriculture idéale, il s’agit en tout cas d’un objectif et la discipline qui s’y intéresse s’appelle la ‘protection des végétaux’. Encore faut-il que cette bonne santé ne soit pas qu’apparente, c’est-à-dire obtenue par l’usage intensif de pesticides. Pour faire face à ce problème, en 2016, une étude commandée par le ministère de l’agriculture Français a conclu que les externalités de l’agriculture biologique étaient positives en termes de santé publique (https://reporterre.net/Une-etude-scientifique-conclut-aux-effets-benefiques-globaux-de-l-agriculture).

Définir la Santé de la plante d’une façon positive ou négative

Le concept de ‘santé négative’ définit la santé comme l’absence de maladies. Une plante saine sera donc une plante sans maladies. Il s’agit d’une vision ‘pathogénique’. Pour vendre les pesticides l’industrie phytosanitaire utilise le terme de santé dans cette acception ce qui implique qu’une plante est saine si elle est libre du pathogène spécifique pour lequel elle a été traitée. Beaucoup d’articles scientifiques utilisent ce terme de ‘saine’ pour des plantes ‘non-inoculées’ dans l’expérience qu’ils décrivent. Cette définition de la santé par l’absence de maladies a régulièrement été critiquée. La ‘Santé par l’absence de maladies’ fait l’impasse sur les stress occasionnés par les insectes ou par les conditions environnementales. A l’opposé, la santé peut être définie de façon positive. Agrios (2005) définit la santé des plantes comme la ‘capacité de réaliser ses fonctions physiologiques au plus près de son potentiel génétique’.

Cette définition ne fait référence à aucun aspect négatif. Des définitions plus larges ont été proposées. Schimitschek (1952) propose que la santé des individus implique que tous ses organes soient actifs sans aucune perturbation et qu’ils agissent en harmonie avec l’ensemble de l’individu en assurant sa reproduction. On peut définir ce qu’est l’harmonie ; par contre sa mesure est compliquée voire impossible. Comment se mettre d’accord sur ce qui est harmonieux ou ne l’est pas. On retombe dans la subjectivité, ce qui rend la définition de Schimitscheck problématique. Antonovsky (1996) introduit le concept de ‘salutogenesis’ pour la santé humaine. Ce concept positiviste peut être appliqué aux plantes. L’auteur suggère qu’entre l’état sain et malade il existe un continuum et qu’il faut s’intéresser à tout le spectre du bien-être. Le passage d’un pôle à l’autre se fait par un mouvement. Plutôt que de mettre en avant les ‘facteurs de risques’ il faut se demander quels facteurs sont en mouvement pour rétablir l’état de santé initial. Déclinés pour le règne végétal, trois aspects de ce concept peuvent être mis en avant : i) quels sont les facteurs fixés de résistance génétique aux pathogènes (et notamment quels facteurs génétiques de résistance induite), ii) quels sont les effets compensatoires observés après l’attaque par un pathogène.

Dans beaucoup de cas en effet, on observe une dilution des pertes par le fait que la croissance de la plante fait plus que compenser les pertes occasionnées par le pathogène, iii) la perspective d’un mouvement vers une meilleure santé s’étend à plusieurs générations. Si dans une population, des plantes ont une meilleure capacité à faire face aux stress biotiques et abiotiques, alors elles se reproduiront plus et transmettront plus efficacement leur patrimoine génétique. L’observation (i.e. la sélection) de plantes pendant plusieurs générations englobe les études du déplacement vers la santé de la population. La posture ‘salutogénique’ est consubstantiellement reliée à une approche écologique de la protection des plantes. A contrario, la posture ‘pathogénique’ tendra à vouloir supprimer les maladies et aura plutôt tendance à se concentrer sur des solutions techniques et chimiques d’éradication.

Réductionnisme vs. Holisme

L’holisme et le réductionnisme s’opposent aussi dans le domaine de la santé des plantes. Les holistes raisonnent sur un tout, -un système-, quand les réductionnistes ont une approche analytique et raisonnent sur un nombre réduit de composants du système. Les holistes considèrent le système comme un tout et essaient de le comprendre à un haut niveau d’intégration quand les réductionnistes ont pour objectif de prédire le fonctionnement d’un système par le fonctionnement d’un nombre réduit de ses composants et ont l’ambition de transférer ce résultat à un autre système. Dans le champ scientifique de la santé des plantes, les réductionnistes considèrent que la santé définie pour un individu est valable pour un autre individu. Les critères de la santé sont en nombre réduits et peuvent être définis par spécialité. Les réductionnistes placent les sciences dans un ordre hiérarchique -Physique, chimie, biologie- (Janich, 2002). Tous les phénomènes peuvent s’expliquer par un nombre réduit de lois. La vision réductionniste s’est imposée au 19éme siècle. Elle a contribué à subdiviser les sciences naturelles en disciplines (virologie, entomologie, bactériologie, etc..).

La vision holistique de la santé des plantes se réfère i) à leur intégrité : une plante est en bonne santé si son intégrité n’est pas violée ii) la santé des plantes est une propriété complexe qui dépend des communautés de plantes et d’organismes vivant avec l’individu (ou l’espèce) considérée (Comeau, Langevin et Levesque, 2005). Transposée au sélectionneur, compte-tenu de la complexité de la mesure, l’appréciation de la santé dépendra de ‘l’oeil du sélectionneur’. Aujourd’hui cette approche prend une importance inattendue du fait du développement du concept et des outils du phytobiome (Beans, 2017). En utilisant la métagénomique, la métaprotéomique, etc.. les chercheurs ont pour ambition de i) pouvoir définir ce qui constituera un agrosystème sain, productif et durable. ii) de proposer une boîte à outils pour mesurer l’évolution de l’agrosystème. On est là dans une approche holistique.

Table des matières

Partie 1. Introduction
1.1 La santé des plantes ; un enjeu majeur pour celle de l’homme ?
1.1.1 Un concept au coeur de multiples controverses
1.1.2 Impact de l’environnement sur la santé de la plante
1.1.3 Influence génotypique sur la santé de la plante
1.1.4 Comment mesurer l’état de santé de la plante : cas de l’efficience photosynthetique
1.2 Présentation du modèle d’étude hôte-parasite : le couple H. vastatrix/C. arabica
1.2.1 Le modèle café
1.2.2 La rouille orangée
1.3 Approches et objectifs du projet de thèse
Partie 2. Influence des conditions environnementales et du fond génétique de Coffea arabica sur la pathogénèse d’Hemileia vastatrix.
2.1 Contexte
2.2 Stratégie
2.3 Conclusions
2.4 Article
2.4.1 Abstract
2.4.2 Introduction
2.4.3 Materials and methods
2.4.4 Results and discussion
2.4.5 Conclusions
2.4.6 Acknowledgements
2.4.7 Contribution
Partie 3. Etude du déterminisme moléculaire de la meilleure performance agronomique d’un clone d’hybride F1 de Coffea arabica via une approche de transcriptomique.
3.1 Contexte
3.2 Stratégie
3.3 Conclusions
3.4 Article
3.4.1 Abstract
3.4.2 Introduction
3.4.3 Material and method
3.4.4 Results
3.4.5 Discussion
3.4.6 Supporting information
Partie 4. Etude du transcriptome de variétés hybrides d’Arabica au cours de l’infection par la rouille orangée
4.1 Contexte
4.2 Stratégie
4.3 Conclusions
4.4 Article
4.4.1 Introduction
4.4.2 Matériel et Méthodes
4.4.3 Résultats et discussion
4.4.4 Conclusions et perspectives
4.4.5 Annexes
Partie 5. Discussion
5.1 Quel rôle joue l’environnement et les pratiques agricoles sur l’infection et la capacité de réponse de la plante ?
5.2 Quelle est la capacité du caféier à croître sous des conditions de stress multiples incluant la rouille orangée ?
5.3 Quelle est la relation entre la vigueur hybride, l’efficacité photosynthétique et plus généralement le métabolisme énergétique ?
5.4 Comment identifier des gènes candidats de la bonne santé et/ou de la résistance basale?
5.5 Comment interpréter la meilleure performance des hybrides par l’expression des gènes candidats liés à la réponse aux stress ?
5.6 Comment renforcer l’hypothèse de la meilleure résistance des hybrides par l’état initial de santé de la plante ?
5.7 Comprendre les bases moléculaires de la santé de la plante
5.8 Utiliser l’environnement comme une source de variation pour identifier des QTT (Quantitative Traits Transcripts) liés à la santé de la plante
Partie 6. Bibliographie
Partie 7. Annexes

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