Le présent protocole décrit une méthode fiable et simple pour la culture, la collecte et le dépistage de la dipsacie Ditylenchus.
Les nématodes parasites des plantes (PPN) détruisent plus de 12% des cultures vivrières mondiales chaque année, ce qui équivaut à environ 157 milliards de dollars (USD) perdus chaque année. Avec une population mondiale croissante et des terres arables limitées, le contrôle de l’infestation par les PPN est essentiel à la production alimentaire. Le défi de la maximisation des rendements des cultures est aggravé par les restrictions croissantes sur les pesticides efficaces en raison d’un manque de sélectivité des nématodes. Par conséquent, le développement de nématicides chimiques nouveaux et sûrs est vital pour la sécurité alimentaire. Dans ce protocole, la culture et la collection de l’espèce PPN Ditylenchus dipsaci sont démontrées. D. dipsaci est à la fois économiquement dommageable et relativement résistant à la plupart des nématicides modernes. Les travaux actuels expliquent également comment utiliser ces nématodes dans les criblages de nouvelles nématicides à petites molécules et rendent compte des méthodologies de collecte et d’analyse des données. Le pipeline démontré offre un débit de milliers de composés par semaine et peut être facilement adapté pour une utilisation avec d’autres espèces de PPN telles que Pratylenchus penetrans. Les techniques décrites ici peuvent être utilisées pour découvrir de nouveaux nématicides, qui peuvent, à leur tour, être développés en produits commerciaux hautement sélectifs qui combattent en toute sécurité les PPN pour aider à nourrir un monde de plus en plus affamé.
On estime que les nématodes parasites des plantes (PPN) sont responsables de la perte de 12,3% de la production alimentaire mondiale et causent environ 157 milliards de dollars de dommages par an 1,2,3. Malheureusement, la capacité de contrôler les PPN diminue parce que les nématicides chimiques efficaces ont été interdits ou sont confrontés à des restrictions croissantes en raison de préoccupations en matière de sécurité humaine et d’environnement. Cela est principalement dû à la faible sélectivité des nématodes des générations précédentes de pesticides4. Au cours des 25 dernières années, six nouveaux nématicides chimiques ont été mis à l’essai ou introduits sur le marché5. L’un d’entre eux a déjà été interdit en Europe, et un autre a été abandonné alors qu’il faisait l’objet d’une enquête pour son impact sur la chaleur humaine 6,7. Par conséquent, il existe un besoin urgent de nouveaux nématicides qui sont très sélectifs pour les PPN.
Le nématode de la tige et du bulbe, Ditylenchus dipsaci (D. dipsaci) est un PPN4. D. dipsaci qui a un impact économique infecte près de 500 espèces végétales à travers 30 races biologiques et cible certaines des cultures les plus importantes sur le plan agricole telles que le seigle, l’avoine, l’ail, l’oignon et le poireau 8,9. Par exemple, D. dipsaci a récemment détruit des champs d’ail en Ontario et au Québec, entraînant des pertes allant jusqu’à 90 %10,11. Sa répartition géographique est presque omniprésente et comprend les Amériques (y compris la Californie et la Floride), l’Europe, une grande partie de l’Asie (y compris la Chine) et l’Océanie9. D. dipsaci est un endoparasite migrateur qui pénètre dans les stomates sur les feuilles ou les plaies et les lenticelles où ils libèrent des enzymes pour décomposer la paroi cellulaire12. Aggravant l’impact de D. dipsaci sur les cultures, les dommages causés par le PPN rendent la plante sensible à une infection secondaire11. Malheureusement, D. dipsaci présente des niveaux de tolérance élevés aux nématicides actuels par rapport à d’autres souches de nématodes13,14.
Ce protocole décrit la culture de D. dipsaci et son utilisation dans des criblages à grande échelle pour les nématicides candidats à petites molécules. En bref, les populations de D. dipsaci sont maintenues et étendues sur des plants de pois cultivés dans des milieux stériles de Gamborg B-5 (GA)15. Avant de faire pousser des germes de graines sur un milieu GA, les graines doivent être stérilisées par une série de lavages et plaquées sur une gélose nutritive (NA) pour vérifier la contamination. La stérilisation des semences est essentielle pour détecter les contaminants bactériens et fongiques qui peuvent être présents. Les graines non contaminées sont ensuite transférées dans des plaques d’AG, où les germes de graines pousseront en préparation de l’infection. Les plaques GA contenant des germes de graines sont infectées par des nématodes d’une plaque de culture précédente en transférant un morceau de gélose contenant du tissu racinaire aux plaques fraîches. Après 6 à 8 semaines, les nématodes sont extraits du milieu GA et sont filtrés à travers un entonnoir doublé de filtre à café dans un bécher de collection. Les nématodes peuvent être utilisés dans divers essais biologiques une fois qu’un nombre approprié a été collecté. La technique décrite dans ce protocole génère environ 15 000 D. dipsaci par plaque de culture. Des protocoles alternatifs pour cultiver D. dipsaci ont été publiés 16,17.
Un test de criblage in vitro de petites molécules basé sur des travaux antérieurs18 est également décrit ici. En tant qu’indicateur de la santé des vers, la mobilité de 20 nématodes par puits est examinée après 5 jours d’exposition aux petites molécules. Pour mieux visualiser la mobilité des vers, NaOH est ajouté pour augmenter le mouvement des vers vivants19,20. Ce protocole permet le criblage à débit moyen et fournit des données précieuses pour évaluer le potentiel nématicidal des petites molécules. Si une technique de collecte de nématodes différente est utilisée16,17, la méthodologie de criblage des petites molécules décrite ici peut néanmoins être mise en œuvre.
Étapes critiques
Malgré la simplicité du protocole, il y a des étapes critiques dans le protocole qui méritent une attention supplémentaire pour maximiser les chances de succès. Tout d’abord, le surblanchiment des graines peut perturber leur croissance. Par conséquent, il est essentiel de limiter le temps des graines dans la solution de blanchiment à 20 minutes ou moins. Deuxièmement, comme l’ont déjà noté Storelli et coll., la santé apparente des nématodes diminue avec le temps lorsqu’ils sont entreposés à 4 °C16. L’utilisation des nématodes peu de temps après leur collecte donne une confiance supplémentaire que des conditions de dépistage optimales peuvent être atteintes. Si un stockage à plus long terme est nécessaire, assurez-vous que le couvercle du tube n’est pas hermétique pour permettre l’échange d’oxygène. Troisièmement, s’assurer que les pois poussent sur les plaques NA pendant le temps suggéré permet à l’expérimentateur de juger quelles graines sont contaminées. Quatrièmement, la prolifération des pois sur les plaques d’AG avant d’ajouter les nématodes affaiblira l’infection et réduira le rendement des nématodes. Enfin, de nombreux facteurs difficiles à contrôler peuvent avoir une incidence sur les résultats du dépistage. Par conséquent, il est essentiel d’effectuer plusieurs écrans de réplication indépendants à différents jours et idéalement avec des PPN collectés à partir de différentes plaques de culture pour assurer la reproductibilité des résultats.
Limites de la méthode
Une limitation du protocole est qu’il ne parvient pas à synchroniser le stade de développement des vers collectés, qui vont des juvéniles aux adultes. Par conséquent, les coups forts révélés par n’importe quel écran sont probablement efficaces à plusieurs étapes. Cependant, le protocole augmente le risque de négliger les résultats efficaces spécifiques à la scène. Une deuxième considération est que le dépistage in vitro devrait être considéré comme la première étape d’un pipeline de découverte de nématicides; les essais à base de sol sont un excellent ajout à un pipeline pour tester la translatabilité des coups.
Signification et application du protocole
Les protocoles décrits ici sont simples et faciles à reproduire. De plus, ce protocole a été appliqué avec succès à d’autres PPN en laboratoire, y compris Pratylenchus penetrans, en n’apportant que de légères modifications. L’élaboration de nouvelles mesures de contrôle sûres des PPN est essentielle pour assurer la sécurité alimentaire mondiale. Cela est particulièrement vrai pour des espèces comme D. dipsaci qui sont généralement tolérantes à une grande variété de nématicides chimiques actuellement acceptables13,14. Par conséquent, les protocoles décrits ici ont le potentiel d’apporter une contribution importante à la santé humaine à l’échelle mondiale.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs remercient le Dr Qing Yu (Agriculture et Agroalimentaire Canada) pour avoir fourni la culture dipsaciique Ditylenchus et pour ses conseils sur les méthodes de culture; Dr Benjamin Mimee (Agriculture et Agroalimentaire Canada) et Nathalie Dauphinais (Agriculture et Agroalimentaire Canada) pour des conseils sur la culture in vitro de nématodes parasites des plantes; Dr Andrew Burns et Sean Harrington pour des suggestions utiles sur le projet et le manuscrit. JK est boursier diplômé Alexander Graham Bell Canada du CRSNG. PJR est soutenu par une subvention de projet des IRSC (313296). PJR est titulaire d’une chaire de recherche du Canada (niveau 1) en génétique chimique.
15 mL tube | Sarstedt | 62.554.205 | |
2 forceps | Almedic | 7747-A10-108 | |
2L beaker | Pyrex | CLS10002L | |
50mL beaker | Pyrex | CLS100050 | |
96 well plate | Sarstedt | 83.3924 | |
aluminium foil | Alcan Plus | ||
bacteriological agar | BioShop | AGR001.5 | |
coffee filter | No name brand | 716 | |
commercial bleach 6% | Lavo Pro 6 | DIN102358107 | |
disposable petri dishes (10cm x 1.5cm) | Fisherbrand | FB0875712 | |
disposable petri dishes (10cm x 2.5cm) | Sigma-Aldrich | Z358762 | |
dissecting scope | Leica | Leica MZ75 | |
DMSO | Sigma-Aldrich | 472301-500ML | |
Funnel | VWR | 414004-270 | |
Gamborg B5 | Sigma-Aldrich | G5893-10L | |
glass petri dish | VWR | 75845-546 | |
glass slide | MAGNA | 60-1200 | |
Lint-Free Blotting Paper | V&P Scientific | VP 522-100 | |
mutlichannel pipette | Eppendorf research plus | 3125000036 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | S8045-500G | |
nutrient agar | Sigma-Aldrich | 70148-100G | |
parafilm | Bemis | PM-996 | |
pea seeds | Ontario Seed Company | D-1995-250G | |
pin cleaning solutions | V&P Scientific | VP110A | |
pinner | V&P Scientific | VP381N | |
pinner rinse trays | V&P Scientific | VP 421 | |
pipette tips- low retention ? Reg. 200uL | LABFORCE | 1159M44 | |
reagent reservoir with lid for multichannel pipettes | Sigma-Aldrich | BR703459 | |
shaking incubator | New Brunswick Scientific | I26 | |
sterile surgical blade | MAGNA | sb21-100-a | |
stir bar | Fisherbrand | 2109 – 1451359 | |
sucrose | BioShop | SUC507.1 |