La maladie bactérienne des taches, qui réduit à la fois le rendement et la qualité des fruits, a été un problème croissant chez les tomates au cours des cinq dernières années. Parce que la bactérie coupable, Pseudomonas syringae, préfère un climat frais et humide, les cultures dans des endroits comme l'État de New York ont ​​été particulièrement sensibles.




Des recherches récentes au Boyce Thompson Institute, dirigées par les étudiants de troisième cycle Carolina Mazo-Molina et Samantha Mainiero et supervisées par le membre du corps professoral Greg Martin, pourraient changer la donne. Publiés dans le numéro d'août du Plant Journal, leurs travaux ont permis de découvrir le leading gène connu pour conférer une résistance à une souche particulière, appelée « race 1 », de la bactérie causant la maladie du speck.

Un autre gène de résistance, Pto, qui offre une résistance aux souches de race de Pseudomonas syringae, est utilisé depuis as well as de 25 ans. Cependant, les cultures restent vulnérables à la souche de race 1 de as well as en as well as courante, entraînant des pertes importantes pour les producteurs.




Avec la découverte de ce nouveau gène, que les chercheurs ont baptisé Pseudomonas tomato race 1 (Ptr1), les dommages causés par la maladie bactérienne des taches pourraient bientôt devenir une chose du passé.

« Nous travaillons actuellement avec des sélectionneurs de plantes pour introduire le gène Ptr1 dans des variétés de tomates déjà dotées de Pto », explique Martin, qui est également professeur à la Faculty of Integrative Plant Science de l'Université Cornell. « Si vous faites cela, vous aurez une résistance à toutes les bactéries connues qui causent la maladie du speck. »

Sélection naturelle et sérendipité

Le projet a débuté en 2015, après une épidémie fortuite de maladie bactérienne de la tache dans l'une des fermes de recherche de Cornell, où Jim Giovannoni, membre du corps professoral de BTI, recherchait la qualité des fruits de la tomate. Giovannoni est également scientifique de l'USDA et professeur auxiliaire à la Cornell's University of Integrative Plant Science.

« La maladie de Speck a anéanti tout leur essai, à l'exception de deux plantes », explique Martin. « Ces deux plantes se sont avérées avoir le gène de résistance Ptr1. C'était une remarquable coïncidence de sélection naturelle et de sérendipité. »

Les deux plantes qui ont survécu contenaient toutes deux un gène dérivé de Solanum lycopersicoides, un parent sauvage de la tomate cultivée. En collectant les graines des plantes et en étudiant leurs modèles d'héritage, l'équipe a déterminé qu'une seule région sur un chromosome est responsable de la résistance, travail qui a été publié dans Molecular Plant-Microbe Interactions en 2019. Dans ce dernier write-up, ils ont identifié un gène spécifique dans cette région qui confère une résistance à la race 1, le gène Ptr1.

Mazo-Molina a décrit le frisson de l'identification du gène. « Quand nous trouvions Ptr1, je disais toujours que » pourrait être le gène « ou » pourrait être le gène «  », explique-t-elle. « Mais à un second donné, j'ai pu me dire: ‘C'est le gène. Vous n'avez pas à en douter.' »

Ptr1 code pour une protéine qui détecte indirectement la présence d'une protéine pathogène appelée AvrRpt2. La pomme et la plante modèle populaire Arabidopsis ont des gènes qui codent pour des protéines qui reconnaissent également la même protéine bactérienne.

« Les trois protéines sont complètement différentes », déclare Martin. « Il n'y a aucune similitude. Cela ressemble à un exemple d'évolution convergente, de answers indépendantes dans différentes usines au même problème. »

« Parce que la détection d'AvrRpt2 a évolué plusieurs fois au cours de l'histoire de l'évolution, la protéine AvrRpt2 joue probablement un rôle clé dans la capacité du pathogène à infecter les plantes », déclare Martin.

Prochaines étapes

Maintenant que le gène a été identifié, l'équipe se concentre sur le développement de variétés de tomates qui portent le gène Ptr1. « Les espèces sauvages dans lesquelles Ptr1 se trouve naturellement sont très difficiles à croiser avec des tomates cultivées », explique Mainiero. « Nous ne pouvons pas simplement utiliser des méthodes de sélection traditionnelles. »

Heureusement, il peut y avoir un autre moyen.

« Une forme défectueuse du gène est déjà présente dans de nombreuses variétés de tomates », dit Martin, « avec des mutations naturelles qui l'ont rendu non fonctionnel. Il existe un nouveau variety de technologie d'édition de gène appelé CRISPR Primary Editing qui pourrait nous permettre d'entrer et de réparer ce gène défectueux.  »

Mainiero prévoit de travailler sur le projet CRISPR Prime Editing, et Mazo-Molina se concentrera sur la compréhension du mécanisme d'action moléculaire sous-jacent à Ptr1.

Martin souligne que la collaboration entre le Mainiero et Mazo-Molina a été la clé du succès du projet. « C'est un outstanding exemple de collaboration au sein d'un laboratoire entre deux membres différents du laboratoire », dit-il. « Ils ont travaillé en équipe de manière transparente. »