Desert spurge-derived endophytic bacteria induce systemic resistance against fusarium Rot in maize (zea mays l.) Under severe drought conditions

Abstract

Les maladies fongiques des plantes posent un défi important à l'agriculture mondiale, avec Fusarium verticillioides particulièrement nuisible à la culture du maïs. La fréquence accrue des événements de sécheresse dans le monde exacerbe encore la vulnérabilité du maïs à ces champignons nuisibles, entraînant des pertes de rendement substantielles. Les stratégies actuelles traitent souvent les infections pathogènes ou le stress dû à la sécheresse individuellement, mais sont fréquemment inefficaces. L’objectif de cette étude était d’évaluer la capacité des bactéries endophytes provenant de la plante désertique Euphorbia antiquorum, à améliorer la tolérance des plants de maïs contre la pourriture fusarienne, la sècheresse ainsi que ces stress combinés. Fusarium verticillioides a été isolé à partir de tissus de maïs symptomatiques et identifié par caractérisation moléculaire utilisant les séquences des espaces transcrits internes (internal transcribed spacer- ITS) et du facteur d'élongation de traduction (TEF-1α). Par la suite, le potentiel antagoniste de 25 bactéries endophytes obtenues de Euphorbia antiquorum L. a été évalué contre le champignon pathogène à travers diverses analyses in vitro et in planta. Des réductions notables de la croissance mycélienne de Fusarium verticillioides ont été observées, avec des diminutions de 68,59% et 71,7% lors des confrontations directes et indirectes, respectivement. Les analyses in vitro ont montré que toutes les bactéries testées produisaient des enzymes extracellulaires et des facteurs de croissance des plantes tels que l'acide indole acétique (AIA), l'ammoniac, les sidérophores et le phosphate solubilisé. Ces activités ont conduit à l'identification de dix souches bactériennes puissantes qui ont considérablement réduit la gravité de la pourriture des épis et des racines du maïs causée par Fusarium . En outre, les dix agents biologiques ont démontré une résilience aux conditions de sécheresse induites par des concentrations variables de polyéthylène glycol (PEG). Quatre souches bactériennes ont montré une tolérance à des niveaux de stress élevés (-1,76 MPa), liée à leur capacité à produire des biofilms dans ces conditions. De plus, les souches ont montré une résistance au stress salin, et quatre d'entre elles (C. indologenes LPR17, B. velezensis BE1, B. amyloliquefaciens BFL1 et S. maltophilia LPR6+) portaient le gène de l'ACC déaminase, jouant un rôle crucial dans l'atténuation du stress (gène AcdS). Des augmentations significatives de la longueur des pousses et des racines, ainsi que de la biomasse, ont été observées chez le maïs soumis au stress hydrique après inoculation bactérienne, en particulier avec les souches Unidentified LPR1+ et B. megaterium RR13. Ces souches étaient les plus prometteuses pour induire la tolérance à la sécheresse, montrant des améliorations significatives de divers paramètres physiologiques et biochimiques. Notamment, elles ont augmenté la teneur relative en eau (RWC) jusqu'à 63,3%, la surface foliaire de 127,2%, les contenus en chlorophylle a et en chlorophylle totale de 116,7% et 121,1%, respectivement. De plus, elles ont réduit l'activité des enzymes antioxydantes, y compris la gaïacol peroxydase de 27,8% et la catalase de 54,3%, tout en augmentant les phénols totaux de 106,9% et les flavonoïdes de 74,2%. Les agents bactériens très efficaces, unidentified LPR1+ et B. megaterium RR13, ont montré une efficacité remarquable lorsque les plantes étaient soumises aux conditions combinées de pourriture par Fusarium et de sécheresse. Ces souches ont considérablement amélioré la croissance du maïs et divers paramètres physiologiques et biochimiques. La performance de la souche bactérienne unidentified LPR1+ était particulièrement remarquable, avec des augmentations de la longueur des racines jusqu'à 64,7%, de la surface foliaire de 84,4%, de la teneur relatice en eau de 9,6% et une diminution significative du contenu en proline. Ces résultats soulignent la nécessité de poursuivre les recherches pour développer un biopesticide potentiel utilisant cet agent bactérien afin de relever le défi urgent des stress combinés affectant la culture du maïs.