Application du nanoconjugué de nickel-chitosane comme agent antifongique pour lutter contre la pourriture fusarienne du blé

Jun 11, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14518 (2022) Citer cet article

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Les agro-chercheurs tentent sans cesse de dériver une biomolécule potentielle possédant des propriétés antifongiques afin de remplacer l'application de fongicides de synthèse sur les champs agricoles. La pourriture, souvent causée par Fusarium solani, entraîne chaque année de graves pertes de récoltes de blé. Le chitosane et ses nano-dérivés métalliques possèdent une propriété antifongique à large spectre. Notre étude interdisciplinaire porte sur l'application du nanoconjugué de nickel et de chitosane (NiCNC) contre la pourriture fusarienne du blé, en comparaison avec les nanoparticules de chitosane (CNP) et le fongicide commercial Mancozeb. Les CNP et NiCNC ont été caractérisés sur la base de la spectrophotométrie UV – Vis, HR-TEM, FESEM, EDXS et FT-IR. Les CNP et le NiCNC se sont révélés efficaces contre la croissance fongique, dont le NiCNC à 0,04 mg/mL a montré l’arrêt complet de F. solani cultivé dans un milieu approprié. L'analyse ultrastructurale des conidies de F. solani traitées avec NiCNC a révélé des dommages prononcés et une perturbation de la surface de la membrane. Une étude au microscope à fluorescence a révélé la génération d'un stress oxydatif dans le système fongique lors d'une exposition au NiCNC. De plus, NiCNC a montré une réduction de l'incidence de la pourriture de 83,33 % des plants de blé, ce qui a été confirmé par l'observation de coupes anatomiques de la tige. L'application NiCNC aide le semis à surmonter les effets néfastes du pathogène, qui ont été évalués grâce aux attributs des indices de stress.

Au fil des années, les agro-scientifiques ont dû relever un grand défi pour contrôler les maladies fongiques qui détruisent une grande échelle de cultures vivrières économiquement importantes. Les agents pathogènes fongiques ont causé de graves pertes dans la production agricole mondiale1,2,3,4. L'un de ces agents pathogènes nuisibles est Fusarium spp. qui provoque une infection chez un large éventail d’espèces végétales. Il provoque principalement des maladies telles que le flétrissement, la brûlure de l'épi, la pourriture des pieds et des racines5,6. La pourriture des pieds et des racines du blé (Triticum aestivum L.), qui se produit près de la base de la tige des racines, est l'une des maladies fongiques les plus courantes provoquant d'énormes pertes de récoltes dans les principales régions productrices de blé d'Europe, d'Asie, d'Amérique du Nord et d'Australie7,8. 9,10. Plusieurs espèces de Fusarium sont considérées comme des champignons phytopathogènes contre les céréales à petits grains comme le blé, l'orge, l'avoine, etc.11. Selon les rapports publiés en 202012, il existe près de neuf espèces différentes de Fusarium qui provoquent la pourriture du blé. L'espèce Fusarium solani est l'un des champignons responsables de la pourriture les plus répandus dans les principales cultures économiquement importantes comme le blé13,14. La pourriture des pieds et des racines du blé serait principalement causée par Fusarium solani et Fusarium oxysporum15,16. Les épidémies de pourriture fusarienne entraînent chaque année de graves pertes de récoltes en raison d’une réduction significative de la production céréalière et d’un problème de qualité17. La pourriture attaque la partie basale de la plante et bloque l’écoulement de l’eau et des nutriments vers le feuillage. Lors d'une infection, plusieurs espèces de Fusarium produisent des métabolites secondaires dangereux pour la santé, appelés mycotoxines, qui s'accumulent dans les plantes et dont l'ingestion peut être mortelle pour le système humain18. L'espèce Fusarium solani est la plus grande productrice de toxine T-2 (T = Trichothécène) qui est un précurseur du néosolaniol, un composé neurotoxique19. Ainsi, la lutte contre la pourriture Fusarium solani dans les principales cultures économiquement importantes est cruciale pour minimiser la perte de rendement.

Ces dernières années, les scientifiques ont conçu des biomolécules polyvalentes telles que des nanoparticules (NP) ou des nanoconjugués (NC) et les ont utilisées pour contrôler les infections fongiques20. Plusieurs chercheurs ont utilisé le chitosane pour la synthèse de NP ou de NC en raison de sa biocompatibilité, de sa plus grande perméabilité à la membrane biologique, de sa rentabilité, de sa faible toxicité et de son caractère écologique21,22. Les scientifiques ont déjà conclu que le chitosane était un agent antifongique en raison de sa nature polycationique qui peut se lier à divers composants cellulaires chargés négativement d'agents pathogènes fongiques23,24,25. La conversion du chitosane en nanoparticules de chitosane (CNP) entraîne une augmentation de son activité en tant que composant fongicide en raison de sa surface accrue et de sa plus grande efficacité d'encapsulation26. Outre les CNP, les scientifiques ont tenté la synthèse de conjugués métalliques de nanochitosane grâce à des techniques polyvalentes, telles que la méthode de gélification ionotropique, la réticulation en émulsion, etc.27,28. Mais il existe très peu de rapports faisant état de l’utilisation du nanochitosane métallique comme agent antifongique prometteur. Par rapport au chitosane et aux CNP, les NP métalliques conjuguées au chitosane présentent davantage d'activités biologiques en raison de leurs propriétés structurelles et fonctionnelles modifiées, telles qu'une taille et une surface plus grandes, la présence de plus de groupes cationiques, de groupes fonctionnels actifs et une plus grande capacité de condensation28.