Synchrotron-based phase contrast X-ray imaging combined with FTIR spectroscopy reveals structural and biomolecular differences in spikelets play a significant role in resistance to Fusarium in wheat.

Lahlali, R.L., Karunakaran, C., Wang, L., Willick, I., Schmidt, M., Liu, X., Borondics, F., Forseille, L., Fobert, P., Tanino, K.K., Peng, G., et Hallin, E. (2015). « Synchrotron-based phase contrast X-ray imaging combined with FTIR spectroscopy reveals structural and biomolecular differences in spikelets play a significant role in resistance to Fusarium in wheat. », BMC Plant Biology, 15(24), p. 1-17. doi : 10.1186/s12870-014-0357-5  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Contexte La fusariose de l’épi, principalement causée par le Fusarium graminearum Schw., est une grave maladie du blé. La présente étude visait à évaluer la possibilité de combiner l’imagerie synchrotronique à contraste de phase par rayons X (PCI) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) pour l’étude des mécanismes de résistance à la fusariose de l’épi chez des cultivars de blé résistants à cette maladie. Notre hypothèse était qu’il existe des différences structurelles et biochimiques entre les cultivars résistants et les cultivars sensibles et que ces différences jouent un rôle considérable dans la résistance à la fusariose de l’épi. Résultats Nous avons recueilli et analysé des images synchrotroniques PCI et des spectres infrarouges à transformée de Fourier (IRTF; 4000 à 800 cm-1) de fleurs et d’articles du rachis provenant d’épis fusariés et d’épis sains du cultivar résistant ‘Sumai3’, du cultivar tolérant ‘FL62R1’ et du cultivar sensible ‘Muchmore’. L’analyse des images PCI des fleurs et des articles du rachis nous a permis de constater des différences considérables entre les épis infectés et les épis non infectés chez les différents cultivars de blé. Cependant, il nous a été impossible de distinguer des différences marquées au niveau de la structure des fleurs entre les individus non inoculés du cultivar résistant et ceux du cultivar sensible, en raison de la complexité des structures internes des fleurs. Le spectre IRTF nous a permis de constater une variabilité considérable entre les fleurs et les articles du rachis des épis infectés et des épis non infectés des différents cultivars de blé. Les changements observés au niveau des nombres d’ondes des bandes d’absorption après l’infection se situaient principalement dans la gamme spectrale de 1800 à 800 cm-1. En outre, nous avons réalisé une analyse en composantes principales pour déterminer les modifications importantes de la composition chimique des fleurs et des articles du rachis exposés aux facteurs de stress associés à la fusariose, pour comprendre les mécanismes de réaction de la plante. L’analyse en composantes principales des spectres IRTF des échantillons de fleurs et d’articles du rachis a révélé des différences au niveau des polysaccharides associés à la paroi cellulaire. Dans le cas des fleurs, le champignon pathogène avait une incidence sur les pics d’absorption de l’amide I, de la cellulose, de l’hémicellulose et de la pectine. Dans le cas des articles du rachis, l’analyse en composantes principales a révélé des changements considérables au niveau des caractéristiques des spectres d’absorption de la pectine, de la cellulose et de l’hémicellulose. Dans le cas des articles du rachis de ‘Sumai3’, les pics d’absorption de l’amide II et de la lignine sont demeurés visibles après l’infection, et une hausse des pics a été observée à 1245 cm-1 après l’infection, ce qui pourrait constituer un marqueur de la réaction au stress se traduisant par une augmentation des composés de la paroi cellulaire associés aux voies de lignification. Conclusions La combinaison de l’imagerie synchrotronique PCI et de la spectroscopie IRTF a donné des résultats prometteurs pour l’étude de la fusariose du l’épi chez le blé. Cette combinaison de techniques constitue un nouvel outil puissant qui permet la visualisation interne et le suivi biomoléculaire avant et pendant l’infection, l’évaluation des différences entre les cultivars ainsi que l’étude des effets des facteurs de stress liés à la maladie.

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