Synergie transfrontalière pour la protection intégrée

Le projet Sytranspom vise à développer des systèmes d'alerte et d'aide à la décision, collaboratifs et innovants, pour lutter contre l'alternariose et le mildiou de la pomme de terre.

Le projet Interreg Sytranspom(1) allie l'expertise transfrontalière de six partenaires en vue de développer et/ou améliorer les systèmes de conseils agronomiques, en s'appuyant sur des outils innovants (alliant la biologie moléculaire à la phytotechnie et l'agriculture de précision) afin de promouvoir la lutte intégrée contre les principales maladies fongiques foliaires de la pomme de terre.

Sytranspom : vers la maîtrise du mildiou et de l'alternariose

Assurer la durabilité de la culture

La culture de la pomme de terre a des retombées économiques significatives dans les trois versants de la région (Hauts-de-France, Wallonie et Flandre). En effet, cette production alimente toute une filière commerciale regroupant producteurs, obtenteurs, négociants, sociétés phytopharmaceutiques et industries de transformation. Cependant, elle est fortement impactée par les pathogènes fongiques foliaires dont les deux prépondérants sont Phytophthora infestans (mildiou) et Alternaria spp. (alternariose). Afin d'assurer la durabilité de cette production, tant en termes de compétitivité économique que de respect des enjeux environnementaux, il convient d'optimiser au maximum la protection des cultures et plus particulièrement de maîtriser ces pathogènes.

Quatre axes de recherche principaux

C'est précisément dans cette thématique que s'inscrit le projet de recherche Sytranspom (Interreg V Programme FrWVl) dont le but final est de développer et/ou optimiser les outils d'aide à la décision et les systèmes d'avertissement pour la culture de la pomme de terre (Figure 1). Démarré en avril 2018, le projet rassemble l'expertise transfrontalière de quatre opérateurs (Arvalis, Carah, Pca et Inagro) et deux partenaires associés (HEPH-Condorcet et chambre d'agriculture du Nord-Pas-De-Calais), le Carah(2) étant l'opérateur chef de file de ce projet de recherche. Le projet est construit sur cinq modules de travail (MT1 à 5 ; Figure 1) et s'articule autour de plusieurs actions, dont les principales sont :

- la création d'une plateforme de collaboration transfrontalière afin de centraliser des informations existantes (données pédoclimatiques, phytotechnie...) et de l'enrichir de données nouvelles issues des expérimentations de terrain, des résultats expérimentaux de laboratoire et de données provenant de l'agriculture de précision ou encore les données climatiques prévisionnelles ;

- le développement de nouvelles méthodes moléculaires (de détection et quantification) pour caractériser les pathogènes fongiques du feuillage ;

- la mise en place d'essais expérimentaux au champ pour obtenir, avec le support des analyses en biologie moléculaire, un diagnostic précoce des infections, le suivi du développement de l'alternariose et l'amélioration des méthodes de protection ;

- le développement d'un système complet d'aide à la décision (SAD) intégrant les systèmes d'avertissement de plusieurs pathogènes foliaires.

Les partenaires du projet disposent d'une expertise de longue date dans le monitoring des agents pathogènes de la pomme de terre, notamment le mildiou. Depuis plusieurs années, les agronomes ont vu apparaître des symptômes associés à la présence de micro-organismes fongiques du genre Alternaria (principalement A. solani et A. alternata).

Bien que ce genre soit connu de la communauté scientifique, son monitoring reste compliqué du fait de la présence de symptômes difficilement identifiables avec certitude sur le terrain (photo 1), mais également la difficulté à prévoir les conditions favorables à son développement sur les cultures.

Expérimentations de terrain : valider et optimiser les outils

Essais agronomiques

Pour améliorer le contrôle de l'alternariose, il est nécessaire de développer et d'optimiser les outils qui permettent de diagnostiquer, modéliser et monitorer l'apparition de la maladie. En 2018, les partenaires du projet ont conduit des essais agronomiques dont le protocole avait un triple objectif : affiner les modèles d'avertissement issus notamment du modèle Fast, valider l'efficacité des différents fongicides et disposer de matériel biologique pour développer les outils analytiques (PCR, PCR en temps réel et séquençage, test de sensibilité aux fongicides, collection de souches) (voir encadré ci-dessus, photo 2 et Tableau 1 page suivante).

Les essais ont fait l'objet d'observations visuelles (cotation du pourcentage de destruction du feuillage par la maladie), ainsi que de prélèvements aléatoires de folioles non symptomatiques et prélèvements ciblés de folioles symptomatiques afin de compléter les observations par des analyses moléculaires. Certains paramètres ont également été analysés après récolte (calibres, rendements...) et un monitoring de la pression en spores dans l'air a été réalisé à proximité des essais durant la culture.

Des traitements trop précoces inutiles

Comme c'est assez fréquent dans nos régions, les conditions climatiques particulières des saisons 2018 et 2019 n'ont été propices qu'à une apparition très tardive des symptômes de l'alternariose, et en particulier d'A. solani dont le développement nécessite une alternance de périodes sèches et de périodes humides. Quelques symptômes caractéristiques (photo 1) ont cependant pu être observés en fin de saison (premiers symptômes observés à partir du 7 septembre 2018 à Ath).

Les essais mis en place en 2018 ont permis de valider les points suivants (Tableau 1) :

- les traitements effectués avant le 8 ou le 20 août (date optimale du premier traitement déterminée par le modèle d'avertissement, voir modalités 3, 5, 7 et 8) n'ont apporté aucune efficacité supplémentaire ; cela s'explique sans doute par le fait que l'alternariose est une maladie de faiblesse et que son apparition est souvent corrélée avec le début de la sénescence ;

- tous les modes d'action fongicides (contact, systémique, préventif ou curatif) ont montré des efficacités comparables sur les trois versants ;

- une apparition aussi tardive de la maladie ne permet pas de voir un effet significatif sur les rendements, le calibrage et la teneur en matière sèche des tubercules.

Ces résultats, comparables pour les trois versants (en 2018 et 2019), confirment le caractère secondaire de cette maladie sur la pomme de terre et l'inutilité des traitements avant le mois d'août dans la très grande majorité des cas.

Optimisation des méthodes d'identification

Analyses en laboratoire

Les partenaires du projet Sytranspom disposent de laboratoires dont le rôle est d'améliorer les connaissances sur les maladies fongiques et ainsi venir en aide aux experts de terrain. L'analyse de l'ADN extrait d'échantillons issus des parcelles d'essai, ou de cultures, permet de déterminer l'agent responsable des symptômes observés (A. solani ou autre), de connaître la pression du pathogène en déterminant la concentration en ADN présente dans les échantillons et d'étudier la diversité génétique des populations (génotypes européens ou américains ; sections Alternaria ou Porri).

De nouvelles séquences pour une identification plus précise

Le laboratoire de pathologie végétale d'Arvalis a démontré que les méthodes moléculaires disponibles pour la communauté scientifique ne permettaient pas de quantifier avec une bonne spécificité les différentes espèces. Selon la littérature scientifique, il existe vingt-cinq sections(3) et différentes espèces d'Alternaria mais seules deux sections sont potentiellement identifiables sur pomme de terre : Alternaria et Porri. Chacune des deux sections comprend plusieurs espèces (Tableau 2). Une première tâche a consisté à caractériser le complexe d'espèces présent en France. En 2019, le laboratoire de pathologie végétale d'Arvalis disposait d'une collection de plus de 230 isolats issus de feuilles symptomatiques prélevées entre 2016 et 2019. Une identification visuelle (basée sur la taille des spores) a été réalisée. Les caractérisations par analyse phylogénétique multigénique de cinquante de ces isolats ont été réalisées en 2019 pour six gènes : Gpd, ITS, EF1-<03B1>, RPB2, HIS 3 et calmoduline. Pour la section Alternaria, trois espèces ont pu être identifiées : A. alternata, A. arborescens et probablement A. gaisen. Concernant la section Porri, les trois espèces ont pu être identifiées : A. solani, A. grandis et A. protenta. Toutes ces séquences ont permis de définir de nouveaux couples d'amorces spécifiques de chacune des sections (Porri versus Alternaria), permettant leur quantification par PCR quantitative. Les amorces et sondes développées ont été validées et sont partagées entre les laboratoires partenaires.

Une technologie d'identification plus performante

Le laboratoire de biotechnologie du Carah a optimisé une méthode d'identification et de quantification d'A. solani basée sur l'estimation du nombre de fragments d'ADN spécifiques (qPCR). La technologie Sybr Green (agent fluorescent intercalant de l'ADN) utilisée au départ par le laboratoire a été remplacée par la technologie TaqMan (sonde marquée, spécifique d'A. solani), réputée plus performante et fiable (meilleure sensibilité et spécificité envers le micro-organisme ciblé). Cette méthode a été validée au laboratoire et est actuellement utilisée dans le monitoring des parcelles d'essai ainsi que dans l'estimation de la pression en spores dans l'air ; le but ultime étant d'identifier les dates d'apparition du pathogène dans l'air et sur feuilles, et donc de pouvoir prédire ces dates d'apparition dans le futur modèle d'avertissement. En 2018 et 2019, des folioles de pomme de terre ont été collectées sur tous les essais des partenaires, chaque semaine entre début juillet et mi-septembre, afin de détecter de manière précoce la présence d'A. solani sur les feuilles. Dix folioles ont été collectées aléatoirement à l'intérieur des rangs externes pour les quatre répétitions des neuf modalités de l'essai d'Ath (Tableau 1). De même, afin d'évaluer la sporulation dans l'air, des captages de spores ont été réalisés de façon journalière à proximité de l'essai, de début juillet à mi-septembre (photo 3). Les échantillons collectés sont destinés à la détection et à la quantification spécifique d'A. solani par PCR.

Détermination de la diversité génétique

Le laboratoire d'Inagro a collecté des échantillons de feuilles afin de disposer d'isolats (mise en culture sur boîte), dont les plus pertinents sont analysés. En 2018 et 2019, ont été respectivement isolés et purifiés 92 et 100 isolats d'A. solani, qui seront séquencés et caractérisés génétiquement en 2020 : détermination de leur génotype (européen versus américain), et identification d'éventuelles mutations au niveau de gènes du complexe mitochondrial Sdh (succinate déshydrogénase) codant pour des sous-unités protéiques (SdhB [protéine fer-soufre], SdhC et SdhD [protéines de membrane]). Ces mutations sont reconnues pour engendrer des résistances aux fongicides SDHi (inhibiteurs de la succinate déshydrogénase) ou encore QoI (inhibiteurs externes de la quinone).

Détection et quantification de l'alternariose

Détection sur les feuilles et dans l'air

Les résultats issus des échantillons de feuilles et de spores prélevés dans l'air en 2018 et 2019 à Ath (Belgique) ont permis de mettre en évidence quelques dates importantes concernant le développement d'A. solani (sur la station d'Ath pour le versant wallon) : la pression en spores dans l'air est détectée à partir du 12 août en 2018 et du 26 août en 2019 (Figure 2). Le pathogène a été mis en évidence sur des prélèvements aléatoires de folioles à partir du 21 août, mais surtout dès le 28 août en 2018, et tout début septembre en 2019. Une durée de latence est constatée entre la première détection de spores dans l'air et la première détection sur les feuilles. Cette période varie d'une année à l'autre (latence apparente plus longue en 2018 qu'en 2019), ce qui pourrait s'expliquer par des conditions climatiques particulières.

Pour les prélèvements réalisés en 2019 dans les deux stations françaises (Villers-Saint-Christophe et Mazingarbe) (Figure 3), sur feuilles symptomatiques, les résultats montrent une présence d'Alternaria section Porri dès la semaine 37(9 septembre 2019) dans l'essai de Villers-Saint-Christophe (Arvalis) alors que des observations visuelles avaient été réalisées dès la semaine 34. À Mazingarbe (Arvalis, Fredon), les concentrations d'ADN dans les échantillons sont toujours inférieures à la limite de quantification (LQ). Très peu de symptômes ont été observés sur les deux sites et aucune quantification n'a été possible sur les feuilles asymptomatiques.

Enfin, concernant les analyses réalisées sur les bandes de pièges à spores en 2018 et 2019 (Figure 4), les résultats montrent :

- des pics de détection plus faibles en 2019 (en rouge) par rapport à 2018 (en bleu) ;

- des différences dans les jours de vols de spores entre les deux années.

L'adéquation entre les données relevées sur le terrain et les analyses moléculaires a pu être observée sur les autres sites du réseau d'essai. Une analyse plus fine des données (comparaison avec les données du terrain, base de données météo...) et leur valorisation pour la performance de la modélisation sont en cours d'examen.

Répartition de la résistance

La caractérisation génétique des souches isolées en Flandre en 2018 a permis de déterminer la répartition des souches sauvages et mutées (QoI) au sein des génotypes américains et européens (sachant que le génotype américain est majoritairement représenté avec 54 % de la population étudiée). Il semble que le génotype I (européen) contienne plus de souches sauvages (94 % sauvages pour 6 % de mutants), à l'inverse du génotype II (américain) : 5 % de souches sauvages pour 95 % de mutants.

L'étude des isolats a également permis d'identifier les résistances au SDHi pour les souches isolées en 2018. Il en ressort que 39 % des souches présentent une ou plusieurs mutations.

Modélisation et amélioration des OAD actuels

Le PCA (Flandre) utilise deux modèles de maladie pour conseiller les producteurs de pomme de terre et pour surveiller le développement d'alternariose sous l'influence des conditions météorologiques. Les résultats des deux modèles ont montré une bonne corrélation avec les observations de terrain.

Modèle FAST

Le modèle plus empirique, basé sur le modèle Fast, cumule des valeurs de risque jusqu'à ce que le premier seuil de traitement soit atteint. Pour 2019, ce seuil a été atteint le 25 août sur la base des données météorologiques de Kruishoutem (proches de l'emplacement de la plateforme de test). L'ajout d'un facteur de stress de 33 % dû à la sécheresse, c'est-à-dire une augmentation de 33 % de la sensibilité de la culture, a donné une date de recommandation pour la première pulvérisation le 17 août.

Modèle épidémiologique

Le second modèle, épidémiologique et quantitatif, donne une bonne idée du développement de l'alternariose au cours de la saison. Toutes les étapes du développement de l'agent pathogène sont calculées en fonction des paramètres météorologiques de température, d'humidité relative, d'humidité des feuilles, de précipitations, de rayonnement et de la vitesse du vent. Il est ainsi obtenu successivement une mesure de la quantité de conidiophores formés, des spores formées et de leur distribution, de la germination et de l'infection de ces spores, et enfin de la formation et de la croissance de lésions. La surface totale de ces lésions peut entraîner la formation de nouvelles spores lors d'un cycle ultérieur. Cette approche épidémiologique permet de prendre en compte divers facteurs de culture et l'interaction avec la culture de pomme de terre de manière quantitative. La plus importante d'entre elles est la « résistance physiologique » de la culture : elle est ajoutée en fonction inverse de la maturation et agit sur l'étape de l'infection en modulant son efficacité.

Étant donné que chaque étape du cycle de la maladie est estimée quantitativement, cela crée des possibilités supplémentaires de validation et une meilleure pertinence du conseil donné. En plus d'un test du modèle basé sur le pourcentage d'attaque sur le terrain, la distribution des spores et la quantité de spores disponibles peuvent également être comparées aux résultats des pièges à spores. Ce travail de comparaison sera effectué dans la suite du projet Sytranspom.

Mise en commun des observations

À la suite de la mise en place d'une plateforme d'échange d'informations, les partenaires peuvent comparer leurs observations sur les trois versants de la Région Interreg (France, Wallonie, Flandre). Les résultats obtenus ont permis aux partenaires de mettre en évidence plusieurs points :

- dans les trois versants, est constatée une apparition tardive (généralement après le 15 août) des symptômes attribués à la présence d'Alternaria solani sur les feuilles de pomme de terre ;

- différentes espèces des sections Alternaria et Porri ont été identifiées en France, ce qui suggère que l'alternariose pourrait être provoquée par plusieurs espèces du genre Alternaria ;

- des résistances à tous les modes d'action fongicides (utilisés dans les essais) sont observées en Flandre, ainsi que la présence de phénotypes avec double résistance ;

- les modèles offrent des informations pertinentes mais doivent encore être affinés pour proposer un ou des traitements fongicides adaptés/efficaces à appliquer au moment opportun. L'efficacité des modèles repose également sur les données de captages de spores dans l'air et le monitoring de la maladie, données qui peuvent alimenter ces outils d'aide à la décision via la plateforme d'échanges transfrontalière.

(1) SYnergie TRANSfrontalière dans la conception d'outils innovants d'aide à la décision pour promouvoir la protection intégrée contre les principales maladies fongiques foliaires de la POMme de terre.(2) Centre pour l'agronomie et l'agro-industrie de la province du Hainaut ; et Centre de recherche associé à la Haute École Condorcet.(3) Les sections sont des clusters d'espèces morphologiquement et phylogénétiquement proches, les sections Alternaria et Porri comptent respectivement 59 et 117 espèces.