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En 2019, Adam Foster, Ph. D., scientifique au Centre de recherche et de développement d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) à Charlottetown, souhaitait recruter un étudiant motivé pour rejoindre son équipe afin d’étudier les effets bénéfiques des cultures de couverture dans la gestion d’une maladie des céréales. Les cultures de couverture sont des cultures qui sont semées pour profiter des avantages qu’elles confèrent au sol et à l’environnement, mais elles ne sont pas récoltées pour des fins alimentaires.
L’étudiante à la maîtrise Harini Aiyer, de l’Île-du-Prince-Édouard, avait déjà effectué des travaux au laboratoire du Centre de recherche et de développement d’AAC à Ottawa pendant qu’elle terminait ses études de premier cycle à l’Université d’Ottawa, et elle avait alors attiré l’attention d’Adam Foster, Ph. D. Harini a rapidement rejoint l’équipe de Foster pour aider à étudier les effets de différentes cultures de couverture sur la pourriture fusarienne du collet et des racines, une maladie fongique commune et répandue qui attaque les tissus des racines d’orge et de soja.
« On sait que les cultures de couverture ont des effets bénéfiques, notamment pour prévenir l’érosion des sols, couvrir le sol et accroître les éléments nutritifs dans le sol qui sont disponibles aux cultures. Mais on en savait moins sur leurs effets sur le microbiome du sol et la manière dont ils contribuent à prévenir des maladies comme la pourriture fusarienne du collet et des racines. C’est pourquoi je souhaitais participer à ce projet », explique Harini.
Approfondir les causes profondes de cette maladie racinaire
Adam Foster, Ph. D. et Harini ont fait des essais avec 8 cultures de couverture différentes qui ont été semées durant l’été précédent l’implantation de cultures d’orge et de soja. Les cultures de couverture étudiées étaient le sorgho-herbe du Soudan, le ray-grass annuel, le radis oléagineux, la moutarde brune, la luzerne, le trèfle incarnat, le sarrasin et la phacélie. L’équipe a voulu voir quelles étaient les incidences de chacune de ces cultures de couverture sur le microbiome du sol, l’ensemble des communautés de microorganismes bénéfiques et nocifs qui vivent dans le sol, et savoir ensuite si le microbiome augmentait ou diminuait la pourriture fusarienne du collet et des racines dans les cultures d’orge et de soja implantées subséquemment.
Dans le cadre de ce projet, Harini a étudié les changements observés dans le microbiome du sol après le semis des cultures de couverture. L’année suivante, elle a recherché la présence de la maladie dans les cultures d’orge et de soja qui ont été implantées dans les mêmes parcelles de champ. Adam Foster, Ph. D., a aidé Harini à concevoir le calendrier d’échantillonnage, les protocoles d’analyse et les essais au champ et en serre. Il l’a également aidé dans des tâches plus difficiles comme l’extraction d’ADN dans les résidus de culture. Ron Matters, technicien de recherche récemment retraité, a également apporté son expertise et son soutien à ce projet d’AAC. Même pendant la pandémie de COVID-19, Harini, Ron et Adam ont continué à faire avancer le projet virtuellement tout en étant distants physiquement des champs. Heureusement, les recherches en agronomie et en malherbologie sur des dizaines de variétés de cultures de couverture qui sont menées par les scientifiques d’AAC Andrew McKenzie-Gopsill et Aaron Mills ont permis à Harini et à Adam Foster, Ph. D., d’utiliser ces mêmes champs de cultures de couverture pour leur étude et poursuivre leur recherche pendant la pandémie.
« Le mentorat sous la supervision de M. Foster a été déterminant pour moi. Il m’a réellement soutenue pendant la pandémie et tout au long du projet. Le mentorat est un élément important en science : il permet d’obtenir de l’aide lorsque les choses tournent mal et de résoudre les problèmes ensemble en cours de route. »
- Harini Aiyer, étudiante, chercheur scientifique à Agriculture et Agroalimentaire Canada
La crème des cultures de couverture
Lorsque Foster et Harini ont commencé à creuser les données, une culture de couverture s’est distinguée des autres, le sorgho-herbe du Soudan. La luzerne et la moutarde brune ont réduit la pourriture fusarienne du collet et des racines dans l’orge tandis que la phacélie a été efficace dans le soja, mais c’est le sorgho-herbe du Soudan qui est apparu comme la culture de couverture la plus efficace pour combattre la maladie à la fois dans l’orge et le soja.
« Lorsque nous avons examiné nos données sur le microbiome, nous avons constaté que la quantité de microorganismes pathogènes dans le sol après la culture de sorgho-herbe du Soudan était beaucoup plus faible que dans les autres cultures de couverture. De plus, les microorganismes connus pour s’attaquer à l’agent causal de la pourriture fusarienne du collet et des racines étaient plus nombreux. Lorsque nous avons mesuré la présence de pourriture fusarienne du collet et des racines dans les cultures d’orge et de soja qui ont été implantés l’année subséquente, nous avons constaté que la maladie était beaucoup moins présente dans les champs où du sorgho-herbe du Soudan avait été semé. »
- Harini Aiyer, étudiante, Agriculture et Agroalimentaire Canada
Harini a également réalisé une expérience en serre avec de la terre provenant des champs où les cultures de couverture avaient été semées afin de confirmer que ces dernières étaient responsables de l’amélioration de la résistance du sol à la pourriture fusarienne du collet et des racines en cas de forte présence de la maladie. La terre où du sorgho-herbe du Soudan avait été cultivé présentait nettement moins de pourriture fusarienne du collet et des racines sur les plants d’orge et de soja cultivés en serre que la terre associée aux autres cultures de couverture. La terre où de la phacélie avait été semée a également donné de bons résultats pour le soja cultivé en serre, tandis que la terre où de la luzerne avait été cultivée a donné de bons résultats pour l’orge cultivée en serre.
« Ce qui est intéressant, c’est que le sorgho-herbe du Soudan pourrait modifier le microbiome du sol et le rendre plus résistant à la maladie dans les années subséquentes. Il augmente les microorganismes bénéfiques et diminue les microorganismes pathogènes dans le sol, ce qui se traduit par une diminution de la pourriture fusarienne du collet et des racines dans l’orge et le soja. »
- Adam Foster, Ph. D., chercheur scientifique à Agriculture et Agroalimentaire Canada
Aujourd’hui rendue au Centre de recherche et de développement d’AAC à Agassiz, Harini poursuit depuis 2 ans son doctorat à l’Université de la Colombie-Britannique où elle continue sa recherche sur le microbiome du sol et le rôle de ce dernier dans la séquestration du carbone.
« Je suis reconnaissante d’avoir pu travailler avec AAC dès le début du projet et tout au long de ma formation en recherche. AAC est un excellent environnement d’apprentissage pour les étudiants ».
Principales découvertes et principaux avantages
- Adam Foster, Ph. D., scientifique à AAC, et l’étudiante à la maîtrise Harini Aiyer voulaient voir quelles sont les incidences de diverses cultures de couverture sur la pourriture fusarienne du collet et des racines, une maladie fongique commune qui affecte les tissus des racines, dans les cultures d’orge et de soja.
- Ils ont étudié 8 cultures de couverture différentes (sorgho-herbe du Soudan, ray-grass annuel, radis oléagineux, moutarde brune, luzerne, trèfle incarnat, sarrasin et phacélie) qui ont été semées durant l’été précédent l’implantation de cultures d’orge et de soja.
- La luzerne et la moutarde brune ont réduit la pourriture fusarienne du collet et des racines dans l’orge tandis que la phacélie a été efficace dans le soja, mais c’est le sorgho-herbe du Soudan qui est apparu comme la culture de couverture la plus efficace pour combattre la maladie à la fois dans l’orge et le soja.
- Les résultats obtenus par Foster, Ph. D. et Harini suggèrent que le sorgho-herbe du Soudan pourrait favoriser la croissance de microorganismes bénéfiques dans le microbiome du sol qui peuvent freiner le développement de la pourriture fusarienne du collet et des racines dans les cultures d’orge et de soja.
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