Code du projet : PRR14-050
Chef de projet
Deena Errampalli - Agriculture et Agroalimentaire Canada
Objectif
Produire des connaissances sur le complexe d’agents de la maladie de la replantation et élaborer des méthodes de lutte visant à améliorer les possibilités de remise en culture du ginseng dans les terres déjà utilisées
Sommaire des résultats
Contexte
Le ginseng à cinq folioles (Panax quinquefolius L.) est cultivé pour ses racines de grande valeur, qui ont des bienfaits sur la santé et stimulent notamment le système immunitaire chez les humains. Avec ses quelque 3 500 hectares en culture, le Canada est le plus grand producteur de ginseng à cinq folioles au monde et exporte sa production dans plus de 10 pays. Environ 99 % du ginseng produit au Canada est cultivé dans le sud-ouest de l’Ontario, et cette culture génère des revenus de près de 240 millions de dollars par année. Le ginseng est une plante vivace qui est laissée en terre durant 3 ou 4 années avant la récolte et la commercialisation des racines.
Les organismes nuisibles présents dans le sol représentent une grave menace à la production viable du ginseng. La maladie de la replantation du ginseng, un problème complexe causant l’échec de la culture lorsque le ginseng est cultivé dans un champ où on a déjà cultivé le ginseng auparavant, est probablement causée par plusieurs champignons phytopathogènes qui entraînent des lésions sur les racines et une pourriture de celles-ci. Cette maladie pose un défi majeur pour les producteurs, et par conséquence, la plupart des champs en Ontario ne sont utilisés qu’une seule fois pour établir de nouveaux jardins. Les producteurs disposent ainsi de peu de sols agricoles vierges de grande qualité pour la culture du ginseng. En outre, l’industrie a perdu les principaux fumigants de sol disponibles à la suite d’une révision de l’homologation de ces produits. Il est donc devenu primordial pour l’industrie du ginseng de trouver de nouvelles méthodes pour lutter contre la maladie de la replantation.
Le présent projet de trois ans visait principalement à déterminer et à caractériser le complexe d’agents pathogènes et les interactions biochimiques clés responsables de la maladie de la replantation du ginseng. De plus, des méthodes de lutte ont été évaluées en vue de remplacer les fumigants chimiques, qui étaient l’outil de lutte conventionnel en production de ginseng.
Méthode
Dans le cadre du présent projet, des études ont été menées à la Station de Vineland du Centre de recherche et de développement de London d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) ainsi que dans des productions commerciales de ginseng, à Simcoe, en Ontario. Le projet avait trois objectifs. Premièrement, des études de dépistage ont été réalisées durant les automnes 2014, 2015 et 2016 en vue de déterminer et de caractériser les agents pathogènes du complexe associé à la maladie de la replantation présents dans les racines de ginseng et dans le sol où la maladie de la replantation a été observée. Des échantillons de sol ont été prélevés dans des champs ayant déjà été utilisés pour la culture du ginseng (0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 22 et 25 années après la récolte), dans des cultures de ginseng actuelles, dans des peuplements sauvages de ginseng en forêt ainsi que dans des champs vierges (où le ginseng n’a jamais été cultivé), puis mis en culture en milieu sélectif et placés en incubation, pour permettre la croissance de tout champignon présent. De plus, des échantillons de racines ont été prélevés dans des cultures âgées de 2 ou 3 ans. Les champignons isolés à partir des échantillons de racines et de sol ont été identifiés au moyen de méthodes classiques (fondées sur les caractéristiques morphologiques) et de méthodes de diagnostic moléculaire de pointe, y compris l’analyse des séquences d’acide désoxyribonucléique (ADN) des régions d’espaceurs transcrits internes (ITS) des champignons. Une méthode réaction en chaîne par polymérase (RCP) multiplex permettant de détecter l’ADN des agents pathogènes directement du sol a été mise au point et optimisée pour l’analyse d’extraits d’ADN provenant du sol et de champignons isolés des racines de ginseng infectés et sains.
Des essais de pathogénicité ont été réalisés au moyen de fragments de racine et de plantes cultivées en pot, âgées de deux ans, à l’égard des espèces de champignons isolées d’échantillons de sol provenant de champs associés à la maladie de la replantation : Alternaria alternata, Epicoccum nigrum, Fusarium oxysporum, Fusarium solani et Ilyonectria radicicola. Le Clonostachys rosea, isolé des échantillons de sol des peuplements sauvages, a également été soumis à ces essais.
Deuxièmement, une étude en laboratoire a été menée en 2016-2017 et 2017-2018 en vue de déterminer le rôle des ginsénosides, sous-produits exsudés des racines du ginseng dans la rhizosphère, sur le développement de la maladie de la replantation. On a examiné l’effet de l’extrait brut de racine entier et de ginsénosides importants sélectionnés sur les six champignons susmentionnés.
Troisièmement, des études ont été réalisées en laboratoire et en serre en 2015 et 2016 pour évaluer l’efficacité de méthodes de remplacement pour lutter contre la maladie de la replantation, y compris un biofongicide (Trichoderma harzianum, Rootshield®) et des fongicides (fludioxonile et cyprodinil, Switch®; fludioxonile, Scholar®; propiconazole, Topas®) qui sont déjà sur le marché ainsi qu’une couverture de sol composée d’un paillis de litière de feuilles provenant d’une érablière.
Résultats
Au total 1 752 isolats de champignons ont été récoltés de l’ensemble des échantillons de racines et de sol prélevés durant les trois années de l’étude de dépistage. L’identification des champignons isolés d’après les caractères morphologiques n’était pas fiable, de sorte que les isolats sélectionnés ont été identifiés au moyen de RCP ou du séquençage de l’ADN. Un sous-échantillon de 164 isolats (122 provenant d’échantillons de sol, et 42, d’échantillons de racines) ont également fait l’objet d’une analyse des séquences d’ADN des régions ITS de champignons. Des racines qui provenaient de champs où le ginseng avait déjà été cultivé et présentaient des symptômes de la maladie ont été analysés. En 2014, le F. solani était associé à 45 % des racines, l’E. nigrum, à 11 % des racines, et l’A. alternata, à 7 % des racines symptomatiques. En 2015, l’I. radicicola (également nommé Cylindrocarpon destructans) était le principal champignon isolé (32 %), suivi par le F. solani (14 %).
Les résultats de l’analyse des séquences d’ADN des 122 isolats de champignons sélectionnés provenant de sols où le ginseng avait déjà été cultivé 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 22 et 25 années auparavant (jardins ancien) ont été comparés à ceux obtenus de sol provenant de champs où le ginseng n’a jamais été cultivé (témoin) et de sol provenant des peuplements du ginseng sauvages dans les forêts. En 2014, 2015 et 2016, des Fusarium spp. étaient présents dans tous les échantillons de sols où le ginseng avait déjà été cultivé 0,1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 22 et 25 années auparavant ainsi que dans le sol des peuplements sauvages. Des espèces du genre Fusarium ont été détectées dans une proportion de 3,6 % en 2014, de 6,6 % en 2015 et de 20 % en 2016. La comparaison des sols où le ginseng a été cultivé et des sols des peuplements sauvages de ginseng a révélé qu’il y a peu d’espèces communes aux deux types de sols. Le Clonostachys rosea était seulement présent dans les sols des peuplements sauvages; il n’a pas été observé dans les jardins anciens. Les méthodes moléculaires ont permis d’obtenir une identification plus précise des champignons que l’analyse morphologique.
Les essais de pathogénicité des racines de ginseng ont montré que, parmi les six champignons testés, le F. solani et l’A. alternata étaient hautement pathogènes, le F. oxysporum était faiblement pathogène et le C. rosea n’était pas pathogène.
L’étude sur les ginsénosides a révélé que l’extrait de racine entier avait un effet inhibiteur de la croissance chez certains des champignons testés. Par exemple, l’E. nigrum et le F. oxysporum étaient les plus fortement inhibés par les ginsénosides de l’extrait de racines entier, alors que la croissance du F. solani et du C. rosea était faiblement inhibée. Aucun effet inhibiteur n’a été observé dans le cas de deux espèces, l’I. mors-panacis et l’
L’échec de la germination des graines en 2014 a forcé de reporter le volet de l’étude sur la gestion par les méthodes de lutte à plus tard. Les traitements ont été appliqués en 2015 et en 2016, et les données seront recueillies en décembre 2018.
Le présent projet a permis l’acquisition de nouvelles connaissances sur les champignons associés à la maladie de la replantation chez le ginseng, présents dans le sol et dans les racines symptomatiques, ainsi que sur le rôle des ginsénosides dans ce pathosystème. Des isolats de champignons sélectionnés se sont révélés pathogènes dans la racine du ginseng. Les populations de champignons différaient entre le sol des champs où le ginseng avait déjà été cultivé et le sol des peuplements sauvages, ce qui suggère que des microorganismes possédants des propriétés pour la lutte biologique contre la maladie de la replantation pourraient être présents dans les sols du ginseng sauvage. Les résultats du présent projet ont été diffusés aux producteurs de ginseng, aux spécialistes provinciaux et aux intervenants de l’industrie tout au long du projet. Les résultats des essais sur les méthodes de lutte pour la gestion seront partagés avec les producteurs et devraient contribuer à l’élaboration d’un système intégré de lutte contre la maladie de la replantation chez le ginseng.