Viroses des légumineuses et résistance aux pucerons vecteurs

Face aux incidences des maladies virales, la surveillance s'intensifie sur pois, féverole et lentille, et les travaux sur la résistance du pois aux pucerons ouvrent des perspectives.

Au printemps 2020, des symptômes de maladies virales particulièrement prononcés sont apparus précocement, bien avant la floraison, dans de nombreuses parcelles de pois, de féverole et de lentille, et ont fortement touché les rendements. Habituellement observés à partir de la floraison, les symptômes de maladies virales sont en général peu sévères et donc peu dommageables pour ces cultures.

Une pression de maladies virales exceptionnelle en 2020

Mise en place d'un observatoire

Compte tenu des dégâts occasionnés et du nombre de parcelles touchées, un observatoire a été mis en place en juin 2020 par Terres Inovia(1), afin, d'une part, de connaître les virus responsables de ces symptômes, et d'autre part, d'acquérir des connaissances sur l'épidémiologie des maladies virales, deux préalables indispensables à la gestion du risque.

Quatre-vingts parcelles situées dans la moitié nord de la France ont ainsi été échantillonnées dont trente-sept de pois, seize de féverole et vingt-sept de lentille. Pour chaque parcelle, des échantillons de plantes ont été prélevés, les symptômes ont été décrits et des analyses sérologiques (DAS-Elisa) ont été réalisées. Neuf virus parmi les plus fréquemment cités sur légumineuses à l'échelle internationale ont été recherchés : le pea enation mosaic virus (PEMV), le bean leaf roll virus (BLRV), le pea seed-borne mosaic virus (PSbMV), le beet western yellow virus (BWYV), l'alfalfa mosaic virus (AMV), le cucumber mosaic virus (CMV), le bean yellow mosaic virus (BYMV), le clover yellow vein virus (ClYVV) et le pea streak virus (PeSV). Un questionnaire a également permis de recueillir des informations sur chaque parcelle, notamment sur l'itinéraire technique.

Des symptômes variés plus ou moins typiques

Les phytovirus, parasites intracellulaires obligatoires, ne peuvent pas se répliquer de façon autonome et détournent à leur profit la machinerie cellulaire de la plante, ce qui induit chez celle-ci des perturbations physiologiques se traduisant par un certain nombre de symptômes. Dans le cas du pois et de la féverole (photos 1 et 2), les symptômes observés dans les différentes parcelles étaient typiques : nanisme, jaunissement, accompagnés de mosaïques, nécroses, crispations, rougissement et/ou pourritures. Le diagnostic visuel ne permet toutefois pas d'identifier le virus en cause, d'autant plus que plusieurs espèces peuvent être présentes simultanément dans une même plante.

Chez la lentille (photo 3), on observait principalement un nanisme et un jaunissement, accompagnés ou non de rougissement. Ces symptômes reflètent un stress mais ne sont pas typiques de maladies virales contrairement à ceux observés chez le pois ou la féverole. Une plante peut par ailleurs être infectée par un ou plusieurs virus sans exprimer de symptômes. La sévérité des symptômes dépend en effet de l'espèce virale en cause, du stade de la plante et de son état physiologique au moment de l'infection.

Plusieurs virus identifiés, transmis par les pucerons

Les analyses sérologiques ont montré que les virus recherchés sont tous présents en France. Sept virus ont été identifiés sur pois et féverole et six sur lentille (Figure 1), le nombre moyen de virus détectés par parcelle variant de trois à cinq en fonction de la culture suivie. La fréquence des différents virus ne dépend pas de la zone géographique mais de l'espèce de légumineuse cultivée. Trois virus sont très fréquents sur pois, féverole et lentille : le PEMV, le BLRV et le PSbMV, respectivement détectés dans plus de 90 %, 60 % et 50 % des parcelles suivies. Les autres virus semblent plus spécifiques. Le BWYV est très fréquent sur pois (97 % des parcelles) mais beaucoup moins sur féverole ou lentille (moins de 50 % des parcelles). À l'inverse, le BYMV, le ClYVV et le PeSV sont fréquents sur féverole (dans respectivement 81 %, 69 % et 38 % des parcelles), mais rarement voire jamais détectés sur pois ou lentille. Enfin, l'AMV et le CMV sont rares, quelle que soit l'espèce de légumineuse considérée.

Les virus détectés peuvent infecter plusieurs espèces de légumineuses et sont tous transmis exclusivement par les pucerons, à l'exception du PSbMV qui peut être également transmis par la semence. En France, les principales espèces de pucerons vectrices sont, selon les virus et les espèces de légumineuses considérés, le puceron vert du pois (Acyrthosiphon pisum), le puceron noir de la fève (Aphis fabae) ou encore le puceron vert du pêcher (Myzus persicae). Il existe deux principaux modes de transmission des virus par les pucerons, un mode persistant et un mode non persistant(2). Le mode persistant concerne les virus circulants qui s'acquièrent pendant les phases prolongées d'absorption de sève élaborée au niveau du phloème et qui circulent ensuite dans les systèmes digestif et salivaire du puceron avant d'être réinjectés à une autre plante. Il existe alors un temps de latence (parfois plusieurs jours) avant que le virus ne soit réinjecté mais le puceron reste virulifère toute sa vie. Le mode non persistant concerne les virus non circulants, pouvant être acquis pendant les piqûres d'essais. Dans ce cas, les particules virales restent au niveau des stylets du puceron. Le virus peut alors être réinjecté immédiatement à une autre plante mais le puceron perd rapidement sa capacité de rétention. Parmi les neufs virus détectés, seuls le PEMV, le BLRV et le BWYV, appartenant à la famille des Luteoviridae, sont des virus circulants transmis selon le mode persistant. Ces trois virus sont, avec le PSbMV, les plus fréquents avec plus de 60 % des parcelles concernées, toutes espèces confondues. Sur pois, ils sont détectés dans 80 % à 100 % des parcelles.

Une nuisibilité marquée

Les rendements obtenus dans les parcelles de pois et de féverole suivies dans le cadre de l'observatoire donnent une idée de la nuisibilité potentielle des maladies virales (Figure 2). Des écarts de rendement moyens de 37 % pour le pois et 52 % pour la féverole sont observés entre des parcelles présentant au stade FSLA (fin du stade limite d'avortement) moins de 20 % de plantes touchées et des parcelles présentant 20 à 40 % de plantes touchées. Ces écarts passent à 45 % pour le pois et 73 % pour la féverole pour des parcelles présentant 40 à 60 % de plantes touchées.

En plus des pertes de rendement, les virus sont responsables d'une perte de qualité des graines, souvent de taille réduite et présentant des téguments fissurés et/ou nécrosés (photo 4).

Une situation exceptionnelle due à des facteurs favorables

Plusieurs facteurs peuvent expliquer la forte pression de maladies virales observée au printemps 2020(3). Les températures particulièrement douces de l'automne et de l'hiver ont tout d'abord été favorables à la multiplication des pucerons par reproduction parthénogénétique et à une colonisation précoce et intense des parcelles en début de printemps. Les premières colonies ont ainsi été observées bien avant la floraison dans la majorité des parcelles et ces vecteurs de virus ont été particulièrement difficiles à maîtriser, avec des traitements souvent trop tardifs sur des colonies déjà bien implantées. Les virus ont ainsi été inoculés à des cultures peu développées, et ce d'autant plus que les semis avaient été réalisés tardivement dans une majorité de régions. La nuisibilité des maladies virales étant plus importante lorsque les plantes sont attaquées à un stade jeune, les symptômes se sont exprimés rapidement et les dégâts ont été particulièrement marqués. Par ailleurs, les conditions particulières du printemps, en particulier le stress hydrique, ont certainement fragilisé les plantes et amplifié les dégâts et dommages.

Des plantes résistantes aux pucerons vecteurs

Une alternative aux traitements insecticides

Même si la pression de maladies virales observée en 2020 est exceptionnelle, de telles situations peuvent se reproduire et il convient d'améliorer la gestion du risque.

Comme il n'existe actuellement pas de méthode de lutte directe et curative contre les virus des légumineuses transmis par pucerons, la gestion du risque passe donc par la lutte contre les populations de pucerons vecteurs. La lutte chimique est actuellement la seule disponible mais elle est confrontée, sur certaines espèces, à l'émergence de populations de pucerons résistantes aux insecticides et aux durcissements réglementaires qui limitent la disponibilité de solutions phytopharmaceutiques . Dans ce contexte, il est nécessaire de rechercher des solutions alternatives aux insecticides pour contrôler à la fois les pucerons vecteurs et les maladies virales qu'ils transmettent. Parmi ces solutions, la résistance variétale aux pucerons offre des perspectives intéressantes (comme l'ont montré les recherches à Inrae sur le gène Vat du melon qui confère une résistance à la fois aux pucerons et aux virus) et des travaux ont été ainsi initiés en 2017 à Inrae UMR Igepp, en collaboration avec l'Université d'Amiens, l'UMR Agroécologie de Dijon, Terres Inovia et Unilet, pour améliorer la résistance du pois au puceron vert Acyrthosiphon pisum.

Exploiter la diversité génétique du pois

Aucune variété de pois résistante aux pucerons n'étant disponible tant en France qu'à l'étranger, il est nécessaire en première étape de puiser dans les ressources génétiques du pois pour identifier des sources de résistance potentiellement intéressantes pour être par la suite amenées en sélection variétale. Un premier travail a donc été réalisé sur un large panel de génotypes de pois cultivés et sauvages. Ce panel a consisté en une collection de 240 génotypes sélectionnés dans le cadre du programme Investissement d'avenir PeaMUST (2012-2019), coordonné par l'UMR Agroécologie de Dijon. Ces 240 génotypes incluent des variétés de pois protéagineux de printemps et d'hiver, des génotypes de pois potagers, fourragers, sauvages et quelques génotypes appartenant à des espèces apparentées au pois Pisum sativum. Tous ces génotypes ont été séquencés par capture d'exons(4), ce qui permet d'accéder au polymorphisme génétique de la collection et de pouvoir mener des études de génétique d'association (ou GWAS pour Genome Wide Association Study(5)) destinées à identifier les régions du génome associées à la résistance et de faciliter la sélection par l'utilisation de marqueurs génétiques liés à ces régions.

Identifier des sources de résistance au puceron vert du pois

Les pucerons se nourrissent de la sève élaborée des plantes. Pour cela, ils insèrent leurs pièces buccales (les stylets) dans les tissus végétaux jusqu'aux vaisseaux phloémiens(6). Sur une plante résistante, leur alimentation se passe moins bien que sur une plante sensible du fait des barrières végétales ou des réactions de défense de la plante, et le temps passé à ingérer la sève est souvent plus réduit. Le développement et la multiplication des pucerons sur plantes résistantes sont donc affectés. Comme les pucerons se reproduisent par parthénogenèse (la descendance d'une femelle parthénogénétique de puceron est produite sans fécondation par des mâles et est génétiquement identique au parent), la mesure de la fécondité (nombre de descendants d'un puceron) des pucerons sur différents génotypes d'une même espèce de plante est un bon indicateur du caractère sensible (beaucoup de descendants) ou résistant (pas ou peu de descendants) du génotype de la plante aux attaques des pucerons. Ainsi, l'évaluation de la collection des 240 génotypes de pois pour l'identification de résistances aux pucerons a été réalisée entre 2017 et 2019 en installant de jeunes individus sur chaque plante puis en comptant leur descendance dix-huit jours après. Tous ces tests ont été conduits en conditions contrôlées dans des chambres régulées à 18 °C et 16 h de lumière.

Une variation quantitative du caractère sensible ou résistant

Ce criblage des 240 génotypes, qui a nécessité le comptage de plus d'un demi-million de pucerons, a permis de dégager plusieurs résultats susceptibles d'orienter la recherche vers la création de matériel résistant. Tout d'abord, aucun génotype de pois n'a montré une résistante complète aux pucerons. En revanche, une variation quantitative a été trouvée avec un continuum allant de génotypes partiellement résistants à des variétés très sensibles. La fécondité des pucerons sur les variétés les plus résistantes était six fois plus réduite que sur les variétés les plus sensibles. Ces génotypes partiellement résistants correspondaient notamment à des pois sauvages ou des espèces apparentées à Pisum sativum (comme P. fulvum) mais aussi à quelques lignées de type agronomique. Ces résultats sont en accord avec ceux de l'équipe du Professeur Rubiales, de l'université de Cordoue, en Espagne, qui avait également trouvé des génotypes partiellement résistants à A. pisum, en particulier chez P. fulvum. Des essais en plein champ vont être conduits en 2022 afin d'évaluer le comportement des génotypes les plus résistants dans différentes situations géographiques et comparer le rendement entre modalités de traitement insecticide et de non-traitement.

Des mécanismes de résistance totalement inconnus

Les connaissances sur les facteurs génétiques et moléculaires de résistance des plantes aux pucerons sont très limitées d'une manière générale, et totalement absentes chez le pois. Pour autant, ces connaissances sont indispensables pour créer des variétés qui résistent durablement aux pucerons. Dans ce cadre, les approches de génétique d'association offrent un fort potentiel pour identifier, localiser et caractériser des loci de résistance. La collection des 240 génotypes sur laquelle a été réalisé le criblage par pucerons pour l'évaluation de la résistance ayant aussi été séquencée, une étude de génétique d'association, reliant les scores des plantes (donnés par la fécondité des pucerons) et leur génotype (donné par les marqueurs SNP issus du séquençage) a été initiée l'an passé pour étudier les bases génétiques de la résistance et tenter d'en comprendre le mode d'action. Une région génomique située sur le chromosome 7 du pois semble fortement associée au caractère sensible ou résistant du génotype vis-à-vis des pucerons. Des analyses sont actuellement en cours pour préciser les déterminants génétiques de la résistance et identifier puis caractériser des gènes candidats impliqués dans les réactions de défense en réponse aux attaques de pucerons.

Anticiper les risques

Compte tenu du réchauffement climatique et en particulier de l'occurrence d'hivers de plus en plus doux qui favorisent la multiplication des pucerons, il est vraisemblable que la situation exceptionnelle de 2020 en termes d'incidence des pucerons et des virus sur les légumineuses se répète prochainement. Même si des travaux plus approfondis sont nécessaires, les résultats présentés dans cet article montrent que les maladies virales transmises par pucerons aux légumineuses à graines peuvent avoir des effets négatifs importants sur le rendement. Une surveillance des virus et des pucerons vecteurs semble donc nécessaire pour bien évaluer les risques et les anticiper. Par ailleurs, des alternatives à la lutte chimique sont à rechercher dans un contexte de transition vers une agriculture plus durable. Les avancées réalisées sur l'identification de sources de résistance aux pucerons chez le pois ouvrent la voie à la création de variétés résistantes mieux protégées contre ces insectes mais également contre les virus qu'ils disséminent.

(1) Observatoire cofinancé par Terres Inovia et les réseaux BSV (Bulletin de santé du végétal), réalisé en partenariat avec Axéréal, les chambres d'agriculture de l'Eure, de l'Eure-et-Loir, de l'Indre-et-Loire, du Loir-et-Cher, du Loiret, de la Meuse, de la Seine-Maritime, de l'Ile-de-France, Careg, COC86, Coop Agri Lorraine, Coop de Creully, CRA Normandie, EMC2, Fnams, Fredon Grand-Est, GRCETA27, Lorca, CRA Grand-Est, Syngenta, SRAL Ile-de-France, Ve'ops, Vivescia.