Découverte des bactéries phytopathogènes il y a cent ans : controverses et polémiques transatlantiques

C.R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la vie / Life Sciences 324 (2001) 905–914 © 2001 Académie des sciences/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés S0764446901013762/FLA

Découverte des bactéries phytopathogènes il y a cent ans : controverses et polémiques transatlantiques Jean-Pierre Paulina*, Michel Ridéa, Jean-Pierre Prunierb a

UMR Inra–INH–université d’Angers, centre Inra d’Angers, 42, rue Georges-Morel, BP 57, 49071 Beaucouzé cedex, France b Inra-DSPPV, 147, rue de l’Université, 75338 Paris cedex 07, France Reçu le 30 avril 2001 ; accepté le 7 mai 2001 Présenté par Josy Bové

Abstract – Discovery of plant pathogenic bacteria: dispute and controversy between America and Europe. The demonstration of a bacterial cause of some plant diseases has been claimed few years after it was commonly recognized that bacteria were able to cause diseases of human and animal. Nevertheless, some sharp controversies took place, between German and American specialists (1897–1901), before the existence of bacterial diseases of plants was accepted by all phytopathologists. Nowadays, about 350 bacteria are described, which infect plants: they are pathovars, or subspecies, belonging to 21 genera. Bacterial diseases of plants can be classified into three major categories according to the type of symptoms shown by the infected plant: necrosis and wilt, soft-rot, tumour. The interaction between bacteria and plant cells is usually established from the apoplast, although some bacteria are xylem or phloem limited. This interaction involves an original protein secretion system (which is also described in bacteria pathogenic for animals), hydrolytic enzymes (pectinases, cellulases), toxins and/or phytohormones. Bacteria of one group (Agrobacterium) modify the plant metabolism after gene transfer from a plasmid. On the economic and social point of view, these diseases may be limiting factors of some key-productions (rice, cassava). In addition, they play a role in reducing the quality of agricultural products (reduced growth, spots on leaves and fruits). Control of bacterial diseases is limited. It relies usually on a combination of prophylaxy, chemical applications, and use of resistant genotypes. © 2001 Académie des sciences/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS bacteria / phytopathology

Résumé – Bien que survenant après l’établissement indiscutable de la cause microbienne de certaines maladies de l’homme et de l’animal, la démonstration de l’origine bactérienne de maladies des végétaux n’a pas été sans dispute et controverse, qui se sont développées entre spécialistes allemands et américains, à la fin du 19e siècle (1897–1901). Après cet épisode, l’étude des bactérioses des végétaux et des genres microbiens responsables a été intégrée dans la phytopathologie et la microbiologie. A présent, on reconnaît environ 350 bactéries provoquant des maladies sur les végétaux (pathovars, sous-espèces ou espèces appartenant à 21 genres différents). Ces maladies peuvent se classer en trois grandes catégories, selon le type de symptômes qu’elles

*Correspondance et tirés à part. Adresse e-mail : [email protected] (J.P. Paulin).

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provoquent sur la plante : nécrose et flétrissement, pourriture, tumeur. L’interaction entre les bactéries et les cellules de l’hôte s’établit généralement à partir de l’apoplaste, bien que quelques bactéries soient au contraire limitées aux tissus conducteurs. Elle met en jeu des systèmes originaux de sécrétion de protéines (présents également chez des bactéries pathogènes de l’animal), des enzymes hydrolytiques, des toxines, des phytohormones. Un groupe, Agrobacterium, intervient par modification du métabolisme de l’hôte à la suite de transfert de gènes. Sur le plan socio-économique, les bactérioses peuvent être des facteurs limitant de production pour certaines cultures, parfois vitales (riz, manioc) ; elles interviennent également en dépréciant la qualité de produits agricoles (réduction de végétation, tache sur feuilles et fruits). Les méthodes de lutte qui peuvent leur être opposées sont d’efficacité partielle. Elles reposent sur la prophylaxie, la lutte chimique et l’emploi de génotypes résistants. © 2001 Académie des sciences/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS bactéries / phytopathologie

. Abridged version The first plant disease whose origin has been undoubtedly demonstrated (i.e. described according to the different steps of the so-called ‘Koch’s postulate’), was described few years only after this postulate had been published on the basis of the example of human tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis, Koch, 1882). This first described plant disease was a severe necrosis of Pomaceous fruit trees and ornamentals (apple, pear, hawthorn ...) which is caused by an Enterobacteriaceae, presently known as Erwinia amylovora, and published by Arthur (1886), in the United States. The discovery that bacteria were indeed able to provoke plant diseases was therefore not the least revolutionary; in this context it is surprising that it has been followed by a sharp controversy, which opposed a defender of bacterial diseases, an Amercian phytopathologist, Erwin Frink Smith, and an opponent to the existence of these diseases, a German professor of botany and mycology, Alfred Fischer. It took place at the very end of the XIXth century. Fischer assumed, as did most phytopathologists at that time, mainly in Europe, that bacteria which could be seen in lesions on plants were secondary invaders, which were found only after the activity of primary pathogens, which were always fungi. The bases for this assumption were simple: i) bacteria possess no specific tool to introduce themselves inside the plant cells, ii) if driven into tissues, for example through wounds, natural barriers will prevent their further progression into the plant iii) the apoplast where bacteria could be eventually placed is a completely nutrientless medium, which could not support bacterial growth. The answer of E.F. Smith to these allegations takes dozens of pages in several papers in a German scientific journal. It can be summarized as follows: in the case of plant pathogenic bacteria it is easy to test experimentally each step of ‘Koch’s postulate’, from the isolation of the pathogen to its pure culture and its reisolation after inoculation and

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symptom expression. He found this experimental demonstration either among his own work, or among experiences of American or European colleagues, in the case of ten different plant diseases already described at that time. The rather sharp style of these papers, and the fact that were opposed to each other an Emeritus professor of an old German university (Leipzig) and a ‘field’ pathologist of the USDA, Washington D.C., probably gave a particular ‘colour’ to this dispute. It is sometimes considered as typical of the scientific competition which took place between Old and New World, at the end of the XIXth century. Actually, this controversy provided little to the scientific or technical aspects of the problem, except that it confirmed the importance of the experimental approach in the establishment of such scientific facts. At the end of the dispute (1901) the existence of plant bacteriosis was no longer a matter of discussion. In addition, E.F. Smith, and with him American phytopathological science, took a pionner position in the field of phytobacteriology. Ten pathogenic bacteria were described at the beginning of last century. Today about 350 species and pathovars are recognized, belonging to 21 different genuses. The classification of bacterial plant pathogens shows that they are included into general bacterial taxonomy. Therefore the nomenclature used for these bacteria is internationally recognized and is not specific to the domain of phytopathology. An exception is the ‘pathovar’, used to describe an infraspecific group of bacteria which is characterized by particular pathogenicity features (i.e. provoking a specific disease on a precise group of plants). Plant pathogenic bacteria may be classified into three categories, in relation to the type of symptoms induced on their host-plants: necrogens (necrosis, wilt), macergens (evolutive soft-rot), oncogens (tumour, hyperplasy). To these classes of symptoms are associated each of different kinds of bacterial mechanisms involved in the interaction with the plant. This interaction is usually established from

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Tableau I. Établissement de l’existence de bactéries pathogènes des plantes, selon Baker [1].

Auteur

Observation

Présence bactérie

Isolt./c. pure

Ragan (E.-U, 1845) Davaine (F, 1868) Arthur (E.-U, 1886) Wakker (P-B, 1887) Savastano (I, 1887)

Infection/tissus Infection/c. pure

Réisolt.

B. pathogène*

nécrose/poirier

–

–

%

–

–

E. amylovora

pourriture

%

–

+

–

–

P. carotovorum

nécrose/poirier

+

%

+

%

%?

E. amylovora

flétrissement/jacinthe

+

+

+

+

–

X. hyacinthi

tumeur/olivier

+

+

–

+

–

P. s. pv. savastanoi

* nomenclature actuelle % première vérification d’une des étapes du « postulat de Koch »

the apoplast, though few bacteria are only present in vascular tissues. Gram negative bacteria are able to synthesise an original protein secretion apparatus (‘type III’), which is found in plant pathogenic as well as in animal pathogenic bacteria. In addition low molecular toxins, hydrolytic enzymes, phytohormones may be produced. Agrobacteria, on their side, are able to modify the physiology of the plant after a transfer of genes from a bacterial plasmid to the plant cell genome. No bacteria is able to reach by itself its infection site in the plant. Bacteria of the apoplast must be carried to there sites through occasional wounds, or natural openings (such as stomata). Bacteria of vascular tissues are injected into vessels by specific insects. One of the

consequences of these original characteristics of bacteria is that the epidemies of theses diseases are under strong climatic influence, and therefore of sporadic nature – at least under temperate climates. Nevertheless, some bacteriosis do have a major economic importance, being limiting factors for some important crops in certain areas. In addition, they are sometimes ‘quarantine’ pathogens, limiting international plant exchanges, or ‘quality’ pathogens, decreasing the commercial value of agricultural products. Consequently a control of these diseases is often necessary; it relies mainly on prophylaxis, in association with the spray of chemicals (copper salts, antibiotics), and mainly with the use of resistant varieties, when available.

Les bactéries phytopathogènes, et particulièrement celles qui établissent des relations avec leurs hôtes à partir de l’apoplaste, sont généralement faciles à cultiver sur milieu artificiel. Elles s’inoculent souvent de façon simple, et sont pour cela des modèles très utilisés aujourd’hui pour l’étude des facteurs du pouvoir pathogène. Malgré ces caractères permettant souvent une démonstration expérimentale sans ambiguïté de la cause bactérienne de maladies des plantes, l’affirmation de l’existence de bactéries phytopathogènes s’est accompagnée à la fin du 19e siècle d’une controverse tout à fait inattendue.

rium carotovorum). Toutefois, un Américain (Ragan), sans avoir observé de micro-organismes, avait expérimentalement montré dès 1845 la transmissibilité par la sève d’une maladie plus tard reconnue comme bactérienne : le feu bactérien des Maloideae (arbres fruitiers à pépins principalement) provoqué par Erwinia amylovora [1]. Les étapes ultérieures de la démonstration de l’existence des bactéries pathogènes des plantes (tableau I) vont de pair avec celles de l’histoire de la microbiologie et des découvertes des maladies d’origine bactérienne des animaux et de l’homme : travaux de Koch [2] sur la maladie du charbon due à Bacillus anthracis, qui montrent qu’une bactérie peut être la cause d’une maladie de l’animal, découverte des streptocoques et des staphylocoques en 1875 par Pasteur et surtout, établissement en 1882 des règles connues depuis sous le nom de « postulat de Koch » à propos de l’étiologie de la tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) [3]. Ainsi, peu de temps après que les bactéries soient reconnues de façon scientifique et indiscutable comme responsables de maladies chez l’animal, Arthur (en 1886) établit expérimentalement l’origine bactérienne d’une

1. Une mise en évidence controversée 1.1. Établissement de l’origine bactérienne de maladies des plantes

C’est sans doute le médecin français Davaine qui a noté le premier (en 1868) l’association d’un micro-organisme (qui ne soit pas un champignon) avec une pourriture de végétaux, et la transmissibilité de cette affection par les tissus malades (il s’agissait probablement de Pectobacte-

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Tableau II. Les bactérioses confirmées ou supposées autour de la période de la controverse Smith–Fischer (1897–1901), d’après Ainsworth [4].

Auteur

Date

Observation

Bactérie responsable*

Ragan R. Davaine C.J. Dranert F.M. Prillieux E. Wakker J.M. Savastano L. Pammel L.H. Smith E.F. Smith E.F. Smith E.F.

1845 1866 1869 1879 1887 1887 1895 1896 1896 1899

Smith E.F. Smith E.F. Van Hall J.J. Smith E.F. et Towsend G.

1901 1902 1903 1903

nécrose/poirier pourriture/diverses plantes flétrissement/canne à sucre grains roses/blé flétrissement/jacinthe tumeur/olivier taches sur feuille/chou flétrissement/concombre flétrissement/solanées nanisme/maïs pourriture/diverses plantes tache sur feuille/cotonnier tache sur feuille/haricot dessèchement de fleurs/lilas galle du collet/diverses plantes

Erwinia amylovora Pectobacterium carotovorum Xanthomonas v. pv vasculorum E. rhapontici X. hyacinthi Pseudomonas s. pv. savastanoi X. c. pv. campestris E. tracheiphila Ralstonia solanacearum Pantoea stewartii Pectobacterium carotovorum X. a. pv. malvacearum X. a. pv. phaseoli P. s. pv. syringae Agrobacterium tumefaciens

* nomenclature actuelle

maladie du poirier et vérifie entièrement les étapes du « postulat de Koch » pour la première fois, même si le réisolement après inoculation par la culture pure n’est pas attesté par écrit (peut être parce que trop évident aux yeux de l’auteur). D’autres chercheurs ont ensuite élargi rapidement un inventaire (tableau II) qui reste encore ouvert aujourd’hui. 1.2. L’histoire d’une controverse

La chronologie des premières étapes de la découverte des maladies bactériennes des plantes pourrait laisser imaginer le déroulement harmonieux d’une démarche scientifique logique. Il n’en est rien. Une controverse transatlantique s’est développée à ce sujet entre 1897 et 1901. Elle a été brève, violente, passionnée et finalement fort peu technique. Les hostilités ont été ouvertes (probablement bien involontairement) en 1897 par le botaniste allemand A. Fischer, qui considère que les bactéries ne peuvent pas provoquer de maladie des plantes puisque le milieu intercellulaire des tissus n’offre pas de ressource nutritive et qu’on ne voit pas de bactéries à l’intérieur des cellules. Ces présupposés et l’absence de résultats expérimentaux totalement convaincants obtenus sur le vieux continent, pouvaient le conduire à cette position dogmatique et à la conclusion que les bactéries ne peuvent être la cause première de maladies des plantes : elles ne sont que des saprophytes succédant à une cause première (fongique). Ce concept est partagé en fait par nombre de pathologistes des végétaux, comme le montrent les traités publiés à l’époque notamment celui de Sorauer (1874), Handbuch der Pflanzenkranheiten, qui fait autorité et qui ne mentionne aucune bactériose. Le bouillant bactériologiste américain E.F. Smith répond à A. Fischer avec conviction, dans une suite d’articles fleuve : c’est la controverse Fischer/Smith (on pourrait dire aussi Europe/Amérique, ou mycologue/bactériologiste), qui mérite d’être relatée dans ses grandes lignes.

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1.2.1. Les acteurs

Cette controverse oppose deux hommes assez différents. Quoique presque du même âge, ils n’ont pas le même statut dans le monde de la science. L’un, Alfred Fischer, est en 1897 professeur émérite de botanique à l’université de Leipzig, un des pôles mondiaux de cette discipline, après avoir obtenu sa thèse en 1878, à 21 ans. Ensuite, il travaille avec De Bary sur les algues et les champignons. Au contraire, Erwin Frink Smith fait figure d’homme de terrain. Après avoir exercé divers métiers, il passe sa thèse tardivement, en 1882, à 32 ans, sans séjourner réellement, pendant sa préparation, à l’université du Michigan qui lui délivre son diplôme. On peut le considérer sans doute comme un produit de ce qu’on appellerait aujourd’hui la « formation permanente ». Il occupe un emploi d’assistant de recherche au ministère de l’agriculture (USDA), à Washington. Son expertise professionnelle est clairement la pathologie végétale.

1.2.2. Les écrits publiés

Les écrits de Fischer et de Smith sont rédigés en allemand et publiés dans des revues scientifiques germaniques. C’est Fischer qui joue le rôle de l’attaquant, en assénant en 1897 ses vues négationnistes sur les maladies bactériennes des plantes, dans un cours Lectures on bacteria de 2 pages, publié à Iéna. Smith lui répond, dans une revue allemande, pour exprimer, de façon assez nette, son désaccord. La même année (1899), Fischer se défend avec vigueur et un certain dédain. Ce qui déclenche un argumentaire technique prolongé de Smith (1901, en trois parties), précédé d’une attaque personnelle très rude sur les compétences de Fischer en pathologie végétale (1899 : Dr Fischer in the role of plant pathologist). L’ensemble de ces textes a fait l’objet d’une publication spécifique en anglais par la société américaine de pathologie végétale (APS) [5].

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1.2.3. Les arguments

Fischer procède par affirmation simple, s’appuyant principalement sur deux évidences : – il n’y a à ce jour pas un seul exemple de bactérie qui puisse s’insinuer à l’intérieur d’une cellule végétale, – dans les espaces intercellulaires des tissus des plantes, aucune ressource nutritionnelle n’est disponible pour les bactéries. Cela lui permet d’établir deux convictions : – il n’y a, sur une plante, aucune chance pour le succès d’infections bactériennes à partir de blessures (à cause de l’établissement de barrières physiques), – le résultat (négatif) d’inoculations à des plantes de bactéries, même pathogènes de l’animal et de l’homme, est facile à prévoir. Les bactéries effectivement trouvées en association avec des symptômes des plantes ne sont donc pour lui que des saprophytes, qui se développent secondairement dans les lésions provoquées par les champignons. Smith répond point par point, en étayant sa réponse sur des connaissances issues de l’observation et de l’expérimentation, mais, pour lui aussi, sur des convictions personnelles plus ou moins fondées : – il y a une spécificité de certaines bactéries pour certaines plantes, – les espaces intercellulaires des tissus végétaux ne contiennent pas de l’eau pure, – il est facile de tester la réponse des plantes à l’inoculation de cultures pures de bactéries. 1.2.4. Le ton

Dès son premier texte, de nature assez péremptoire, d’autant plus qu’en 1897, six bactérioses sont déjà décrites (toutes seront confirmées ultérieurement, mais certaines au moins semblent dès lors indiscutablement établies), le ton de Fischer est assez hautain, voire condescendant. La réponse de Smith, la même année, est franchement agressive : « Il est rare que soient rencontrées autant d’affirmations gratuites et de contre-vérités dans l’espace d’une seule page d’un écrit scientifique. » Assez vite, il élargit la dispute à la collectivité allemande d’un côté, anglophone de l’autre : « On s’est parfois plaint de ce que les Anglais et les Américains publient en ignorant ce qui se fait en Allemagne ». Voire à l’entité politique : « l’Allemagne est le leader incontesté du monde en recherche botanique et en bactériologie. » C’est peut-être cette vivacité qui va entraîner Fischer, dans son argumentaire de 1899, à devenir quasi vindicatif, ne craignant pas de passer à l’attaque personnelle : « E. Smith m’a attaqué avec l’irritation de quelqu’un qui ne respecte pas l’opinion d’un spécialiste », puis une phrase imprudente, qui pourrait être à l’origine des 39 pages du plaidoyer de Smith qui vont suivre : « Un coup d’œil suffit à reconnaître le manque de valeur total du travail », et plus loin : « M. Smith, dont la façon d’écrire est aussi péremptoire que ses observations biologiques sont incertaines »,

puis, encore plus grave : « après des expérimentations de cette sorte, on perd le désir de lire des travaux américains. » Les longues réponses de Smith ne sont pas exemptes non plus de critiques mordantes à l’égard de son détracteur. Elles comptent des erreurs, et des affirmations mal vérifiées (destruction des parois végétales par toutes les bactéries végétales, etc.). Mais elles ont l’immense avantage de reposer sur une expérience personnelle, des expérimentations, des observations, dont Fischer, botaniste, ne disposait pas. C’est ce qui permet d’établir le point de vue de Smith : les bactéries peuvent provoquer des maladies des plantes et une spécificité bactérie–plante est facilement démontrable expérimentalement. 1.2.5. Le résultat

La querelle a duré quatre ans. Fischer semble abandonner la partie. Peut-être a-t-il reculé devant la somme d’arguments techniques et expérimentaux de Smith, à laquelle il ne pouvait répondre que par des opinions ou des dogmes, n’ayant pas lui-même d’activités liées directement à la pathologie végétale ? Cette controverse, ne comportant pas de défi, n’a donc pas fait apparaître d’éléments nouveaux (qui n’étaient pas connus avant 1897). Elle a cependant (et uniquement ?) permis d’établir Smith comme phytopathologiste reconnu aux États-Unis, spécialiste des bactéries, et a sûrement contribué à installer durablement une certaine prédominance des États-Unis sur l’Europe en ce qui concerne l’étude des maladies bactériennes des plantes. C’est pourtant en Europe qu’avaient été décrites le plus souvent ces maladies bactériennes avant cette controverse (France, Pays-Bas, Italie...). Sur un plan plus général, elle a pu apparaître aussi comme révélatrice, dans ce domaine, d’une certaine inquiétude des « savants » du 19e siècle en Europe devant l’émergence d’un dynamisme scientifique américain, qu’ils étaient peut-être tentés de juger comme trop facilement irrespectueux des vérités établies (en Europe), voire iconoclaste.

2. Les bactérioses des plantes : l’état actuel des connaissances L’origine de ces maladies ne faisant plus l’objet de scepticisme fondé à partir du début du 20e siècle, les études se sont développées rapidement, comme en témoigne la publication des traités spécifiquement consacrés à ce domaine. Quelques-uns uns d’entre eux sont indiqués au tableau III. Le premier en date est précisément celui de Smith, qui compte trois volumes consacrés aux seules bactérioses des plantes, et qui fera autorité pendant longtemps dans le monde entier. 2.1. Les bactéries phytopathogènes et la nomenclature

La bactériologie végétale ne fera définitivement partie intégrante de la bactériologie générale qu’au milieu du

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Tableau III. Quelques manuels de référence en phytobactériologie publiés dans la première moitié du 20e siècle

Auteur

Année

Pays

Titre

1905–1911–1914

E-U

Appel O. (edit.)

1928

Allgne

Elliott C.

1930

R-U

Magrou J.

1948

F

Dowson W.J.

1949

R-U

Stapp C.

1956

Allgne

Bacteria in relation to plant diseases. vol. 1, 285 p., 1905 ; vol. 2, 362 p., 1911 ; vol 3, 309 p., 1914. Carnegie Institute, Washington. “Sorauer” Handbuch der Pflanzenkrankheiten. II Die pflanzlichen Parasiten. Berlin Paul Parey. 788 p. (1-294 : Bakteriosen). Manual of bacterial plant pathogens, Baillère Tindall and Cox, London, 186 p. Maladie des végétaux. L’expression scientifique Française, Paris, 374 p. (147–197 : maladies des plantes dues aux bactérioses). Manual of bacterial plant diseases. Adam and Charles Black London, 183 p. Bakterielle Krankheiten in Handbuch der Pflanzenkrankeiten. Band II Paul Parey, Berlin, Hamburg. 564 p.

Smith E.F.

20e siècle avec l’introduction de la biochimie (étude des voies métaboliques) puis de la génétique et de la biologie moléculaire. Elle aura dû auparavant, en particulier grâce aux travaux de Burkholder [6], s’affranchir de deux contraintes résultant, selon Starr [7], de l’isolement des phytopathologistes par rapport aux microbiologistes médicaux et vétérinaires et de leur formation initiale en mycologie. Au début du 20e siècle les bactéries pathogènes des plantes ont été considérées comme un groupe à part et la première édition (1923) du Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology suivra les recommandations du comité de classification des bactéries de la société américaine de bactériologie en proposant une tribu spécifique intégrant les seules bactéries phytopathogènes, la tribu des Erwiniae, ne renfermant que deux genres : Erwinia et Phytomonas. Ce regroupement artificiel évoluera ensuite vers la différentiation d’un plus grand nombre de genres. Il apparaîtra alors, pour la dénomination des espèces, une fréquente association avec le nom de la plante-hôte sensible (la notion sous-jacente est qu’une maladie nouvelle est provoquée par une nouvelle espèce bactérienne). Il en résultera de nombreuses synonymies et une certaine confusion dans la nomenclature pendant plusieurs décennies. L’organisation régulière d’une conférence internationale sur les bactéries phytopathogènes (ICPPB en anglais) dont la première édition se tiendra à Harpenden (RoyaumeUni) en 1964, et dont la France accueillera les 4e (Angers, 1978) et 8e éditions (Versailles, 1992) permettra une véritable confrontation des spécialistes mondiaux et contribuera notamment à l’harmonisation de la nomenclature des bactéries pathogènes des plantes, qui est actuellement bien codifiée au niveau international [8]. Les bactéries phytopathogènes ont trouvé aujourd’hui leur place dans la taxonomie générale des bactéries. On en dénombre actuellement 350 espèces, sous-espèces ou pathovars appartenant à 21 genres se répartissant dans diverses familles (figure 1). Elles sont non sporulées, aérobies strictes ou anaérobies facultatives et appartiennent aussi bien à la sous-division des firmicutes (Gram positif) qu’à celle des gracillicutes (Gram négatif). Rappelons que la sous-division des ténéricutes contient aussi des bactéries phytopathogènes (spiroplasmes, phytoplasmes) dont

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l’absence de paroi, les caractères de parasites généralement biotrophes intracellulaires en font des microorganismes au comportement pathogène particulier, qui ne sont pas traités ici. Une particularité a cependant été maintenue pour les bactéries phytopathogènes, avec la création d’une division infraspécifique qui s’ajoute à la sous-espèce habituelle : le pathovar. Résultant de la spécificité de certaines bactéries pour leur espèce végétale hôte (tableau IV) le pathovar est l’équivalent des sérovar et biovar décrits, pour les bactéries, sur d’autres bases, ou de la notion de variété et de race, respectivement pour les plantes cultivées et pour les animaux. Cette subdivision en pathovars n’est pas reconnue par le Comité International de Nomenclature, mais constitue un repère nécessaire pour les épidémiologistes. En effet, différents pathovars d’une même espèce bactérienne peuvent être pathogènes du même végétal, sur lequel ils peuvent causer des maladies différentes, aux caractéristiques biologiques particulières, impliquant des méthodes de lutte adaptées à chacune. C’est ainsi le cas des pathovars syringae et papulans de l’espèce Pseudomonas syringae qui provoquent respectivement le flétrissement des bouquets floraux et la maladies des taches vésiculeuses, sur le pommier. Il est donc important de pouvoir les individualiser. 2.2. Mode d’action des bactéries phytopathogènes – typologie des symptômes

Un point commun aux bactéries pathogènes des plantes est d’avoir sélectionné au cours de l’évolution des outils adaptés à leur stratégie d’infection puis d’invasion des tissus végétaux vivants, afin d’y trouver leurs moyens de subsistance dans un milieu protégé, au moins au début de l’infection, de l’inexorable compétition microbienne. Beaucoup d’entre elles ont la faculté de pouvoir vivre ou survivre dans le milieu naturel comme le sol ou l’eau (A. tumefaciens, R. solanacearum) ou en association avec leur hôte, sans processus infectieux déclaré : c’est la phase épiphyte, fréquente chez les Pseudomonas et certains Xanthomonas ou la phase endophyte, plus rare (Agrobacterium, Clavibacter xyli cynodontis).

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Figure 1. Genres, espèces et sous-espèces de bactéries phytopathogènes (modifié d’après Minard et Mazzucchi [9])

Contrairement à certains champignons qui, eux, produisent des chitinases, les bactéries (en dehors des bactéries endogènes du xylème et du phloème qui sont introduites directement par des insectes vecteurs) n’ont pas le moyen de forcer les barrières physiques naturelles du végétal. Elles doivent donc tirer parti des ouvertures naturelles (stomates, nectaires, cicatrices foliaires, insertions radiculaires...) ou accidentelles (blessures liées aux tech-

niques culturales ou aux événements climatiques) pour accomplir la phase initiale de pénétration dans les tissus. Après avoir pénétré dans la plante, c’est à partir de l’apoplaste que la plupart des bactéries établissent leurs interactions avec les cellules de la plante-hôte. Ces interactions vont résulter, dans la mesure où il y a compatibilité entre l’agent pathogène et l’hôte, en l’établissement de

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Tableau IV. Espèces et pathovars dans le genre Xanthomonas d’après Vauterin, Host, Kersters et Swings [10].

Espèces • albilineans • arboricola • axonopodis

• bromi • campestris • cassavae • codiaei • cucurbitae • fragaria • hortorum • hyacinti • melonis • oryzae • pisi • populi • sacchari • theicola • translucens • vasicola • vesicatoria

Pathovars corylina, juglandis, poinsettiicola, populi, pruni axonopodis, alfalfae, bauhiniae, begoniae, cajani, cassavae, cassiae, citri, aurantifolii, citrumelo, clitoriae, coracanae, cyamopsidis, desmodii, desmodiigangetici, desmodiilaxiflori, desmodiirotundifolii, dieffenbachiae, erythrinae, glycines, lespedezae, malvacearum, manihotis, patelii, phaseoli, phaseoli var. fuscans, phyllanthi, poinsettiicola, rhynchosiae, ricini, sesbanie, tamarindi, vasculorum, vesicatoria, vignaeradiatae, vignicola, vitians aberrans, armoraciae, barbareae, campestris, incanae, raphani

pelargonii, hederae, vitians

arrhenatteri, cerealis, graminis, hordei, phlei, phleipratensis, poae, secalis, translucens, undulosa holcicola, vasculorum

la maladie. Pour la bactérie cela se traduira par sa multiplication et sa dispersion, pour la plante par l’apparition des symptômes et son dépérissement partiel ou total. Pour beaucoup d’espèces bactériennes phytopathogènes (Erwinia, Pseudomonas, Ralstonia, Xanthomonas...) la compatibilité pathogène–plante s’établit à la suite de la sécrétion de protéines, par l’intermédiaire d’un système de sécrétion particulier aux bactéries qui sont pathogènes (de l’animal et de la plante), le système de type III. Elle est suivie par la mort cellulaire végétale et la multiplication des bactéries dans l’apoplaste. Les symptômes qui apparaissent ensuite dépendent des métabolites bactériens mis en jeu. Il s’agit principalement de nécroses (dessèchement localisé des tissus) et flétrissement, parfois associés à des toxines bactériennes, de pourritures dues aux sécrétions d’enzymes pectinolytiques détruisant les ciments pectiques qui donnent leur cohésion aux tissus végétaux, de tumeurs ou de modifications hyperplasiques, dues à des déséquilibres des phytohormones, induits directement ou non par les bactéries. C’est à partir de ces bases que sont définis les trois grands types de comportements pathogènes des bactéries : nécrogène (Erwinia amylovora) ; macergène (Pectobacterium carotovorum) ; oncogène (Agrobacterium tumefaciens) [11].

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3. Impact socio-économique des bactérioses des plantes Les bactérioses des plantes interviennent évidemment sur la quantité et la qualité de certaines productions agricoles. Par ailleurs, leur existence n’est pas indifférente pour l’environnement, même si elle est sans effet connu sur la santé de l’homme et de l’animal. En revanche l’étude des maladies bactériennes a apporté, et apporte toujours, une contribution importante à l’étude du monde vivant. 3.1. Perturbations de la production agricole

Moins nombreuses que les infections cryptogamiques et moins pernicieuses et généralisées que les viroses, certaines bactérioses des plantes ont cependant un caractère de gravité dont l’impact socio-économique peut être illustré par quelques exemples. Le dépérissement bactérien du pêcher (P. s. pv. persicae), maladie nouvelle signalée pour la première fois en France en 1970, a entraîné la disparition totale des vergers de pêchers (1 500 ha) dans la partie nord du département de l’Ardèche (plateau de Tournon) et par voie de conséquence une nécessaire reconversion de nombreuses exploitations agricoles concernées. De 1968 à 1977, les indemnisations d’arrachage ont représenté 7 710 000 francs et les frais de prospection ont été évalués à 8 200 000 francs. Les attaques de feu bactérien (E. amylovora) ont rendu les productions de poires relativement confidentielles en Amérique du Nord (pertes estimées à 1,7 millions de dollars, en 1968 et 4,7 millions de dollars en 1976 pour le seul état de Californie). Cette même maladie, introduite dans le Sud-Ouest de la France en 1978, a conduit à l’élimination dans le cadre de mesures d’éradication de la plupart des vergers de la fameuse variété de poire Passe-Crassane avec des conséquences sociologiques sérieuses. Enfin, la recrudescence du Crown–Gall (A. tumefaciens) dans les pépinières fruitières françaises a provoqué des restrictions à la commercialisation et des pertes financières allant jusqu’à 6 680 000 francs pour une grande entreprise, de 1987 à 1989. 3.2. Impact sur l’environnement

Les bactérioses peuvent avoir un impact environnemental. Elles participent à un appauvrissement de la diversité génétique exploitable par impossibilité d’utilisation de génotypes trop sensibles. On peut citer l’exemple de la variété de prunier Calita interdite par sa sensibilité à X. arboricola pv. pruni en Italie, ou celui de la variété de noisetier Fertile-de-Coutard (X. a. pv. corylina) en France. La plantation de certaines espèces a même été proscrite réglementairement, du seul fait de leur sensibilité à une maladie bactérienne et du risque de propagation associé à leur culture ; c’est le cas en France de toutes les espèces du genre Crataegus à cause de la présence du feu bactérien (E. amylovora). Un effet environnemental indirect concerne l’utilisation pour la lutte chimique des sels de

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cuivre (cultures maraîchères/arboriculture fruitière, viticulture) dont l’accumulation dans le sol et les effets négatifs sur la végétation vont entraîner une limitation réglementaire au niveau européen. 3.3. Santé de l’homme et de l’animal

On peut s’interroger sur les conséquences éventuelles sur la santé des consommateurs de la présence de bactéries phytopathogènes dans l’alimentation. Ces germes appartiennent à des groupes dans lesquels on rencontre des espèces pathogènes de l’homme et des animaux (entérobactéries, Pseudomonas...). Certaines espèces phytopathogènes sont associées aussi à des infections de l’homme ou de l’animal (Burkholderia cepacia, Pantoea agglomerans...). Aucune information ne permet cependant d’envisager un risque direct. Les bactéries phytopathogènes se rencontrent parmi la microflore épiphyte de nombreux fruits et légumes consommés à l’état frais [14]. Ainsi, on estime qu’un gramme de feuille de laitue peut supporter 10 000 à 100 000 cellules viables de bactéries diverses. De plus, certaines d’entre elles sont naturellement porteuses de gènes de résistance à des antibiotiques. Ce constat explique pourquoi l’usage des antibiotiques pour lutter contre les bactéries phytopathogènes n’a pas été autorisé en France (à l’exception de la fluméquine sur prescription des services officiels, pour le feu bactérien) puisque, d’une part, il risque d’apparaître rapidement une souche résistante de l’agent pathogène et que, d’autre part, l’addition artificielle d’antibiotique dans le milieu (qui en contient pourtant déjà beaucoup, notamment du fait de l’activité microbienne dans le sol) ne peut que conduire à la sélection de gènes de résistance transférables, y compris aux agents pathogènes de l’homme et des animaux présents occasionnellement dans le milieu (microflores des eaux et du sol). 3.4. Synthèse de molécules originales

Comme tous les micro-organismes, les bactéries phytopathogènes synthétisent des molécules aux propriétés chimiques, physico-chimiques ou biologiques particulières. Une molécule très utilisée (plus de 20 000 t produites annuellement dans le monde), le polysaccharide xanthane, qui est un additif alimentaire et un gélifiant industriel, est produit à partir de la bactérie Xanthomonas c. pv. campestris : cet exopolysaccharide joue un rôle clé dans l’établissement de l’interaction bactérie–plante [10]. Il est remarquable qu’il soit par ailleurs doté de caractéristiques physico-chimiques si peu répandues dans le monde vivant qu’il ne se rencontre apparemment que dans ce groupe bactérien : ainsi en est-il de son pouvoir de conserver sa viscosité dans des milieux très concentrés en sel, dans une gamme large de pH et de températures. Cette propriété autorise son utilisation pour forcer le pétrole hors de la roche-mère, dans certains gisements [16]. 3.5. Étude du monde vivant

L’étude des bactéries phytopathogènes a aussi apporté des contributions importantes à l’acquisition de connais-

sances fondamentales sur les interactions entre microorganismes et organismes supérieurs. Par exemple, le processus tumoral associé aux infections par A. tumefaciens a suscité un intérêt permanent du fait d’analogies possibles avec le cancer chez l’animal. Dès le début du 20e siècle, E. Smith a été parmi les premiers à s’intéresser au sujet et ses travaux sur « le cancer des plantes » lui vaudront en 1913 un certificat d’honneur de l’’American Medical Association’ sans toutefois que les mécanismes de la tumorisation soient élucidés [11]. D’autres poursuivront les recherches notamment en France : Magrou puis Manigault à l’Institut Pasteur. Les avancées décisives ne seront obtenues que plus tard, d’abord par Morel et son équipe [12] qui identifieront la présence et le rôle d’acides aminés particuliers (les opines) dans les tumeurs, mais surtout par une équipe belge, celle de Van Laerebeke [13] en 1974 qui établit le rôle du plasmide Ti (tumor inducing) porteur de la plupart des fonctions impliquées dans le processus tumoral, dont un fragment, l’ADN-t (pour ADN transféré) s’intègre dans le génome de la cellule de la plante infectée. Il s’agit donc d’un véritable transfert d’informations génétiques [9]. Les cellules végétales transformées acquièrent la propriété de se multiplier de manière autonome en synthétisant elles-mêmes les phytohormones nécessaires à leur multiplication. D’une façon générale, c’est sur l’interaction entre microorganismes et organismes supérieurs que l’apport des recherches sur les bactéries pathogènes des plantes peut avoir un impact fort. En effet, les bactéries sont faciles à manipuler, et à modifier génétiquement. Leur inoculation à des plantes est simple à maîtriser [4]. La réponse de compatibilité (maladie) est clairement caractérisée, par rapport à la réponse d’incompatibilité (hypersensibilité). Cela fournit un moyen d’étude idéal pour les recherches sur les mécanismes de reconnaissance pathogènes/hôtes, et les diverses protéines transitant par les systèmes de sécrétion communs aux bactéries pathogènes des plantes et des animaux [15].

4. Conclusion Les bactéries phytopathogènes existent. Bien que proches de germes pathogènes de l’homme et de l’animal, elles ne sont pas capables de provoquer des maladies sur d’autres hôtes que des plantes. Cependant, certaines de ces maladies peuvent avoir des conséquences sociales et/ou économiques redoutables ; sans exagérer les risques, il faut les considérer avec attention et développer des parades adaptées pour maintenir leur impact à un niveau acceptable. C’est l’objet de mesures de lutte qui ont évolué parallèlement aux progrès des connaissances sur les bactéries pathogènes et leur biologie. Elles sont de plusieurs ordres : – Sur le plan réglementaire, une démarche de certification peut être envisagée (cahier des charges avec mesures prophylactiques sévères). Elle a été mise en place particulièrement dans le cas des plantes à multiplication végétative (pomme de terre/Clavibacter m. pv. sepedonicus ;

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Pelargonium/X. h. pv. pelargonii). Cette démarche est commune avec d’autres agents pathogènes, comme les virus et les phytoplasmes. Dans le cas de bactéries, elle peut être limitée par les difficultés de détection de l’agent pathogène, qui est localisé et non systémique dans la plante. – Une démarche de quarantaine vise à limiter l’introduction involontaire de bactéries pathogènes nouvelles bien identifiées, dont la liste est maintenant harmonisée au niveau européen. La fiabilité du système repose avant tout sur la qualité des méthodes de détection dont certaines ne sont devenues disponibles au laboratoire d’analyse que depuis peu (immunochimie : ELISA... ; amplification de séquences nucléiques : PCR...). Ces mesures sont par nature en contradiction avec la volonté de libéralisation des échanges économiques ; quoique parfois essentielles, elles peuvent être mal ressenties. – Sur le plan technique, ce sont surtout les méthodes culturales qui permettent de réduire les niveaux de dégâts.

Mais les exemples les plus élégants de lutte efficace sont probablement fournis par la sélection variétale pour la résistance (variétés de tomates résistantes à Ps. s. pv. tomato, à X. a. pv. vesicatoria, à C. m. pv. michiganensis...). La coévolution hôte/pathogène parfois rapide entraîne des effondrements de résistance, que la gestion des ressources génétiques ne permet pas toujours de contrer. Dans le cas des bactéries, les progrès accomplis dans la connaissance des interactions moléculaires et génétiques avec l’hôte entraînent que plusieurs cas d’applications « pertinentes » de la transgenèse, visant à contrarier la compatibilité bactérie hôte pourraient être rapidement utilisables. L’absence de réelles possibilités de lutte chimique, la difficulté de la mise en oeuvre de mesures prophylactiques, renforcent l’intérêt de cette approche dans le cas des bactérioses.

Références

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[10] Vauterin L., Host B., Kersters K., Swings J., Reclassification of Xanthomonas, Int. J. Syst. Bact. (1995) 472–489. [11] Billing E., Bacteria as plant pathogens, Aspect of Microbiology 14, Van Nostrand Reinhold, 1987. [12] Menage A., Morel G., Sur la présence d’octopines dans les tissus de Crown-Gall, C.R. Acad. Sci. 259 (1964) 4795–4796. [13] Campbell C.L., Erwin Frink Smith-pioneer plant pathologist, Ann. Rev. Phytopathol. 21 (1983) 21–27. [14] Van Laerebeke N., Englers G., Holsters M., Van Den Elsacker S., Zaenen I., et al., Large plasmid in Agrobacterium tumefaciens is essential for Crown-Gall-inducing ability, Nature 252 (1974) 169–170. [15] Boucher C., Genin S., Arlat M., Dialogue moléculaire entre la plante et l’agent pathogène. L’exemple des bactéries, C. R. Acad. Sci. Paris, sér III 324 (2001) in press. [16] Sutherland I.W., Xanthane, Xanthomonas, in : Swings J.G., Civerolo E.R. (Eds.), Chapman and Hall, London, 1993, pp. 363–386.