Phytopathologie - cours

Le genre Trichoderma

Le genre Trichoderma

Le terme « Trichoderma » a été introduit dans la mycologie en 1794 par Persoon (Roussos, 1985 ; Bissett, 1991). Il désigne des champignons microscopiques considérés durant 200 ans comme étant des «Gastéromycètes». Ces organismes cosmopolites appartiennent à un grand ensemble de champignons sans reproduction sexuée connue (Vining, 1990 ; Genilloud et al., 1994 ; Fujita et al., 1994 ; Roquebert, 1996).

En milieu terrestre, leur production d’enzymes, de substances bioactives et leur développement rapide font des Trichoderma sp. des agents potentiels en agroalimentaire et une matière de choix pour l’exploitation industrielle (Prieto et al., 1997). Quelques-unes des quelques 35 espèces établies à ce jour sont d’intérêt économique, pour leur production d’enzymes cellulolytiques et utilisés comme agents de lutte biologique en raison de leur antagonisme vis-à-vis d’autres espèces fongiques (antibiose, mycoparasitisme, compétition, lyse, promotion de la plante hôte) (Fujita et al., 1994 ; Schirmböck et al., 1994 ; Roquebert, 1996 ; Cooney et al., 1997 ; Prieto et al., 1997 ; Grondona et al., 1997 ; Verbist, 2000 ; Kubicek et al., 2003).

1- Morphologie

L’aspect macroscopique des Trichoderma sp. est apprécié à partir de cultures sur géloses nutritives appropriées, réparties en boîtes de Pétri. Les colonies fongiques peuvent être légèrement floconneuses ou bien compactées en touffes. Entre ces deux extrêmes, existent des aspects intermédiaires. Les colonies sont colorées en fonction de la pigmentation des phialides.

Cinq jours après sa germination, la conidie donne naissance à un mycélium d’abord blanc et stérile en forme de cercle. Deux jours plus tard, une couleur verte est visible sur les parties aériennes du mycélium, correspondant à la conidiogenèse.

D’autres cercles concentriques réguliers se forment par la suite, et entre le 16 ème et le 20 ème jour un feutrage épais se superpose à la culture.

Au microscope optique on peut observer un mycélium composé d’hyphes jaunes, septés, ramifiés à parois lisses. Les conidiophores (Figure 1) ont une forme conique ou pyramidale.

Très ramifiés, ils portent des phialides en forme de flasques ou de quilles. A leur tour, les phialides portent les spores (Cournut, 1984 ; Landreau, 2001, Kubicek et al., 2003).

Figure 1: Aspect morphologique d'un conidiophore de Trichoderma longibrachiatum (Samuels et al., 1994).
Figure 1: Aspect morphologique d’un conidiophore de Trichoderma longibrachiatum (Samuels et al., 1994).

2- Taxonomie

La division du genre Trichoderma en espèces a fait l’objet de nombreuses études et de beaucoup de discussions. Dans le règne vivant les limites de «l’espèce» reposent sur la possibilité de croisement entre individus. Or, les champignons anamorphes du genre Trichoderma, en tant que tels, n’ont pas de reproduction sexuée connue, et ce caractère ne peut donc être utilisé pour leur systématique. On se base alors sur les aspects culturaux et la morphologie des appareils sporogènes (Roquebert, 1996) ainsi que sur le matériel génétique en s’appuyant sur des techniques de biologie moléculaires (Gams et Bissett, 1998).

Si on répertorie succinctement les dates les plus importantes qui ont marqué la systématique des Trichoderma sp., on se rend vite compte que leur positionnement taxonomique n’a pas été chose facile.

En 1794, Persoon décrit le premier Trichoderma sp. et établit 4 espèces.

En 1821, Fries classa les Trichoderma sp. parmi les Gastéromycètes.

En 1860, débutent les controverses sur cette systématique, Tulasne contredit Fries puisqu’il ne trouve pas de forme téléomorphes (sexuées) à ce genre.

En 1871, devant le nombre croissant d’espèces rencontrées, Harz insiste sur l’importance des caractères morphologiques sous microscopie optique (surtout les phialides).

En 1916, Waksman décrit ce qu’il trouve être 6 nouvelles souches de Trichoderma sp. en utilisant des critères macroscopiques, différents de ceux préconisés par Harz.

En 1926, Abbot identifie 4 espèces de Trichoderma selon des critères une fois de plus différents des précédents.

Jusqu’à 1939 le raisonnement d’Abbot reste en vigueur, mais aussi à côté d’identifications totalement indépendantes.

En 1939, Bisby tente de mettre de l’ordre dans ces systèmes en proposant une unique espèce : Trichoderma viridae. Et durant 24 ans, toute espèce fongique à spores vertes était considérée comme étant un Trichoderma sp.

En 1963, les travaux de Gutter et Monbasher mettent fin au système précédant, en démontrant la variabilité des espèces de Trichoderma en fonction des conditions environnementales.

En 1969, conscient de toute cette polémique, Rifai propose une classification «utilisable avec le concept d’« espèces agrégées », basé sur les caractères microscopiques. « Une espèce agrégée est une entité composée de groupement d’espèces très similaires, difficiles à séparer ». Neuf espèces agrégées sont crées (T. aureoviridae Rifai, T. hamatum Bain, T. harzianum Rifai, T. koningii Oudemans, T. longibrachiatum Rifai, T. piluliferum Webster et Rifai, T.

polysporum Rifai, T. pseudokoningii Rifai et T. viridae Gray), tout en tolérant une certaine variabilité au sein de chaque espèce agrégée (Rifai, 1969).

En comparaison avec les nombreux précédents, ce système semble le plus facilement utilisable pour la communauté scientifique, d’autant plus qu’il a été amélioré récemment par Bissett (1984, 1991a et b).

En 1991, Bissett propose la notion de « section » pour faire face au nombre croissant d’espèces nouvelles de Trichoderma sp., sans rapport avec les espèces agrégées.

Se basant sur la morphologie des conidiophores et des phialides, il regroupe les espèces agrégées dans 5 sections (Trichoderma, Pachybasium, Hypocreanum, Longibrachiatum et Saturnisporum) (Leuchtmann, 1996 ; Landreau, 2001).

Le système taxonomique de Bissett est aussi appuyé, entre autres, par des approches de biologie moléculaire (PCR), pour répondre au positionnement de nouvelles espèces de Trichoderma identifiées (dont les formes téléomorphes1 sont souvent non identifiées) et reste le plus fiable actuellement Lillard-Roberts, 2004 repose sur des comparaisons de l’aspect morphologique, le profil métabolique, l’examen phylogénétique et la séquence d’ADN avec des bases de données de références internes au laboratoire de Bissett (Canada).

Les espèces de Trichoderma ainsi que leurs rares formes téléomorphes observées sont classées parmi les Ascomycètes (second plus important groupe fongique en nombre d’espèces) du genre Hypocrea (Sugiyama, 1987 ; Kubicek et al., 2003).

Sous certaines conditions, méconnues, les Hypocrea sp. (téléomorphes) se transforment « définitivement » en Trichoderma sp. (anamorphes). On pense alors que l’évolution a conduit à la disparition du mode sexué pour l’établissement d’un genre à reproduction exclusivement asexuée (Roquebert, 1996).

La biologie moléculaire nous révèle aujourd’hui que des espèces de Trichoderma génétiquement différentes, présentent des similitudes morphologiques spectaculaires et leurs caractéristiques se chevauchent ce qui, d’une part explique la longue controverse connue par ce genre auparavant et d’une autre part, montre que les seuls critères morphologiques ne suffisent plus pour une classification incontestable et rigoureuse des formes anamorphes de Trichoderma sp. (Cournut, 1984 ; Sugiyama, 1987).

La taxonomie moderne des champignons a aboli l’embranchement des Deuteromycotina, auquel appartenait le genre Trichoderma. La position taxonomique actuelle des Trichoderma sp. se présente comme suit (selon Bissett, 2004) :

  • Embranchement Amastigomycota et/ou Eumycètes
  • Sous embranchement Ascomycotina
  • Classe Sordariomycètes
  • Ordre Hypocréales
  • Famille Hypocraceae
  • Genre Hypocrea mitosporique** (Trichoderma)

3- Ecologie

Grâce à sa grande capacité d’adaptation aux différentes conditions climatiques, le genre Trichoderma est très répandu dans la nature, aussi bien en milieu terrestre que marin (Roquebert, 1996 ; Esposito et Silva, 1998).

En effet, les Trichoderma sp. sont remarquables pour leur croissance rapide et leur capacité à utiliser différents substrats et sont, par conséquent, l’élément majeur dans la mycoflore terrestre et marine (Widden et Abitrol, 1980 ; Kubicek et al., 2003).

Les Trichoderma sp. terrestres se développent quasiment dans tous les sols (forestiers ou cultivés) et sur les végétaux en décomposition. Ils contaminent fréquemment le compost de la culture industrielle des champignons comestibles, mais sont rarement parasites de plantes vivantes (Roquebert, 1996 ; Esposito et Silva, 1998).

La présence des Trichoderma sp. en milieu terrestre (6% du nombre total des espèces fongiques) semble comparable à celle en milieu marin (6,4% à 10,4%) (Landreau, 2001). 

L’abondance des Trichoderma sp. dans les écosystèmes est due à leur capacité à produire diverses substances bioactives et des enzymes. Ils sont de ce fait un maillon important dans les chaînes biologiques (Widden et Abitrol, 1980 ; Vining, 1990 ; Kubicek et al., 2003).

4- Pouvoir antagoniste de Trichoderma

Les propriétés antagonistes des Trichoderma sont connues depuis longtemps puisque la première publication qui en fait mention date de 1887. Cependant, l’étude approfondie du phénomène d’antagonisme et de son application comme moyen de lutte à l’égard des parasites des plantes cultivées n’a débuté qu’entre les deux guerres mondiales. Les modèles étudiés s’intéressaient essentiellement aux parasites du sol mais déjà, en 1952, Wood signalait l’efficacité de Trichoderma viride pour contrôler Botrytis cinerea sur la laitue.

La production d’agents de lutte biologique (ALB) à base de Trichoderma viride date depuis longtemps et a été révisée au cours des dernières décennies par plusieurs scientifiques qui lui ont attribuée une importance en agriculture pour la lutte contre les maladies causées par les pathogènes. Ce champignon (Trichoderma viride) est caractérisé par une croissance rapide, une grande capacité à la compétition saprophytique (Mouria et al., 2005) et parasite le mycélium d’autres champignons. Les Trichoderma sont très efficaces pour la lutte contre les maladies des plantes reliées aux sols, aussi bien que pour la dégradation de composés toxiques présents dans les sols. Les sols inoculés protègent les cultures et garantissent un milieu sain  pour un développement normal de la végétation (Harman, 2000). En effet, ce champignon secrète de multiples enzymes, antibiotiques, hormones qui sont utiles pour la croissance des plantes et leur confèrent une protection contre les pathogènes. Il en résulte aussi une amélioration du contenu du sol en nutriments. La présence de Trichoderma dans le sol joue à la fois un rôle préventif et curatif (Harman et al. 2004; Singh et al. 2007).

Il a été prouvé que la souche T-22 de Trichoderma est capable d’augmenter le développement des racines chez le maïs et chez d’autres plantes (Harman 2000; Harman et al., 2004). Cet effet peut durer toute la vie des plantes annuelles et peut être induit par l’ajout de petites quantités de bioinoculants à base de Trichoderma viride appliqués sur les semences (moins de 1 g/ha).

Trichoderma est un champignon du sol, filamenteux, connu comme un agent de biocontrôle efficace contre certains pathogènes du sol. Il est l’agent de biocontrôle le plus étudié contre les phytopathogènes. Weindling et Emerson (1936) ont démontré que Trichoderma est capable de secréter une substance extracellulaire, appelée « Gliotoxine », capable de dégrader les pathogènes. Trichoderma est un genre de champignon à reproduction asexuée qui se caractérise par des colonies à croissance rapide et colonise les plantes ligneuses et les herbacées. Les Trichoderma présentent une diversité génétique très élevée et peuvent être utilisés pour produire des produits à intérêt écologique et commercial marqué. Ils produisent des protéines extracellulaires et sont connus comme meilleurs producteurs d’enzymes dégradant la cellulose et la chitine en plus d’autre enzymes à différents usages qui ont été identifiés (Haran et al. 1996; Harman et al., 2004). Trichoderma viride est efficace pour le contrôle de Rizoctonia solani, un champignon qui cause la fonte des semis et la pourriture des racines, cependant, soixante-dix souches de Trichoderma y compris T. viride, T. harzianum et T.aureoviride ont été testés contre le R. solani in vitro et ont montré une inhibition totale de la croissance de R. solani. Les recherches récentes ont prouvé que les Trichoderma sont des opportunistes qui vivent en association bénéfique avec des plantes autant qu’ils sont des parasites pour quelques champignons. Au moins quelques souches établissent une colonisation robuste et durable au niveau des surfaces racinaires et pénètrent jusqu’à l’épiderme ce qui améliore la croissance racinaire, la productivité, la résistance au stress abiotique et l’assimilation et l’utilisation des nutriments (Harman et al. 2004).
Trichoderma a été connu comme producteur de substances antibiotiques et parasite d’autres champignons (Lindsey et al. 1967; Chang et al. 1986). Le parasitisme de T. viride, par exemple, est défini par la sécrétion d’un type d’enzyme incluant les cellulases, les chitinases et des antibiotiques, tel que la gliotoxine (Haran et al., 1996). Des récentes recherches ont montré que T. viride est un améliorateur de croissance chez le soja (Harman, 2001), il protège la tomate, le piment (Verma, 2007) et quelques cucurbitacées contre les phytopathogènes.

Harman et al. (2004) ont ajouté que la colonisation des racines par Trichoderma améliore la croissance et le développement de ces derniers, la productivité, la résistance au stress abiotique et le prélèvement et l’utilisation des nutriments. Le maïs répond généralement à l’ajout de fertilisants riches en azote par l’amplification de l’intensité de la couleur verte, une bonne croissance et un rendement maximum. Cependant, les plantes de maïs issues de semences traitées avec Trichoderma T-22 ont donné un rendement maximum avec un fertilisant contenant 40% moins d’azote par rapport à des semences non traitées avec T-22 (Harman, 2001).

5- Mode d’action de Trichoderma

Généralement, Trichoderma inhibe ou dégrade la pectinase et d’autres enzymes qui sont essentiels pour les phytopathogènes. En plus de son effet inhibiteur des phytopathogènes, Trichoderma est aussi capable d’induire une résistance localisée et systématique.

L’amélioration de la croissance des plantes par Trichoderma peut prendre lieu soit au niveau de la plante (Lindsey et al., 1967; Yedida et al., 2001), soit au niveau du sol (Chang et al., 1986; Harman, 2000). L’induction de la résistance chez les plantes par Trichoderma a été étudiée et comparée avec les réponses induites par les rhizobactéries. Trichoderma est résistante aux cyanures et produit deux différentes enzymes qui sont capables de dégrader les cyanures dans la zone racinaire (Ezzi et al., 2002). Par la suite, ce champignon peut augmenter la croissance racinaire, détruit les métabolites toxiques produits par la microflore et contrôle directement les pathogènes des racines. Des observations microscopiques sur des cultures de différents champignons ont montré que Trichoderma croit parallèlement avec Rizoctonia Solani. Toutefois, Trichoderma s’enroule autour du Rizoctonia solani et forme des crochets empêchant ainsi le développement de celle-ci (Shalini et al., 2007).

Trichoderma a la capacité d’attaquer les agents pathogènes via différents modes d’action. Il peut utiliser :

  •  l’antibiose qui résulte de la production de substances qui agissent comme des « antibiotiques » et qui inhibent la croissance de l’agent pathogène;
  • la compétition qui se manifeste par l’aptitude de Trichoderma à utiliser les mêmes ressources du milieu (aires d’alimentation, sites de développement) que les champignons pathogènes mais Trichoderma emploie ce mode d’action surtout pour occuper les lieux avant l’arrivée des indésirables;
  • le parasitisme qui se manifeste par la destruction de l’agent pathogène lorsque Trichoderma s’enroule autour de celuici soit en l’étranglant, en pénétrant à l’intérieur et/ou en lui « injectant » des substances (enzymes) qui le détruisent.

Trichoderma possède une batterie de mécanismes d’attaque potentiellement utilisables mais qui demeurent toutefois complexes. Il peut employer un ou plusieurs modes d’action en même temps pour maîtriser un agent pathogène. Le déploiement des modes d’action varie également selon les partenaires en présence et les conditions physico-chimiques du milieu (températures, humidité, etc…). Trichoderma est efficace lorsqu’on lui permet de s’installer avant l’arrivée des champignons pathogènes. Son action est donc préventive. Il permet, au niveau des racines, de créer un manchon protecteur autour de celles-ci et ainsi contrer l’entrée des agents pathogènes à l’intérieur des racines. Le même effet est observé lorsqu’il est utilisé en pulvérisation aérienne. Une fois installée, Trichoderma peut avoir un effet stimulant pour la plante en absence de champignons pathogènes (caron, 2012).

6- Production de métabolites intéressants

La mise en évidence de la production de métabolites secondaires par les Trichoderma sp. a été rapportée pour la première fois par Weidling (1934), concernant un antifongique (Papavizas, 1985). Depuis, les études successives ont démontré que ces micromycètes étaient virtuoses dans la biosynthèse de métabolites secondaires (Vizscaino et al., 2005), processus régi par des interactions biochimiques extrêmement complexes et parfaitement coordonnées (Vining,
1990).

La littérature ne cite que les métabolites importants de Trichoderma sp. sont principalement des enzymes et des molécules bioactives. Le travail de thèse de Landreau (2001) ayant présenté une synthèse bibliographique sur ces groupes de produits, nous ne les citons ici que très succinctement:

Production d’enzymes

La production des enzymes est variable d’une souche à l’autre. Principalement les xylanases ou les cellulases (Sandgren et al., 2005), exploités dans divers domaines biotechnologiques (Kubicek et al., 2003).

Production de substances bioactives

La production de métabolites secondaires par différentes espèces de Tricoderma est bien documenté. Il a été rapporté que Trichoderma spp. produire une large gamme de volatil et non volatil substances antibiotiques (Weindeling et Emerson, 1936 ; Sivasithamparam et Ghisalberti, 1998 ; Vyas et Mathur, 2002) et deux de ces composés, à savoir, thrichodermin et viridin produits par Trichoderma sp. inhibent la croissance des champignons pathogènes à des concentrations très faibles (Weindeling et Emerson, 1936, Weindeling, 1941). Les substances volatiles et non volatiles produites par Trichoderma sp. inhibe efficacement la croissance de Rizoctonia solani (Roy, 1977), Sclerotium rolfsii ( Upadhyay and Mukhopadhyay, 1983), et Thanatephorus cucumeris (Dubey et Patel 2001).

Un métabolite organique cristallin isolé à partir de Trichoderma qui inhibe R.solani à hautes dilutions a été identifié comme la gliotoxine (Weindeling 1941). Brain et McGowan (1945) ont décrit la production de viridin, un antibiotique très fongistatique par Trichoderma viride.

Godtfrdsen et Vangedal (1965) ont rapporté la production de trichodermine, un métabolite terpénoïde par Trichoderma. selon Dennis et Webster (1971), Trichoderma polysporum produit également trichodermine, et Trichoderma hamatum produit des antibiotiques peptidiques. Ils ont aussi démontré l’action toxiques des métabolites de Trichoderma sur les espèces pathogènes de Pythium . Trichodermine-4 est un antibiotique produit par Trichoderma lignorum qui a été utilisé pour contrôler les maladies des plantes (fedorinichik et al.,1975).

 Des isolats de T.hamatum produit des métabolites toxiques solubles dans l’eau et deux d’entre eux ont été identifiés comme isonitrile acides (Brewer et Taylor, 1981). Papavizas et al.(1982) ont utilisé plusieurs mutants de T.harzianum induits par les UV pour la production de métabolites secondaires. Ils ont obtenu deux métabolites non identifiés. de T.harzianum un est thermolabile et l’autre est thermostable. Stipanovic et Howell (1982) ont isolé un nouveau métabolite toxique, gliovirin de Gliocladium virens ( synonyme de Trichoderma virens) qui a été plus tard révélé actif contre Pythium ultimum (Howell et Stipanovic 1983).

Pyrones antifongiques isolés du filtrats de culture de T. harzianum et T. koningii inhibé la croissance de nombreux agents pathogènes fongiques, y compris Bipolaris sorokiniana, Fusarium oxysporum, Gaeumannomyces graminis var .tritici, Phytophthora cinnamomiPythium middletonii et R. solani ( Claydon et al., 1987, Simon et al., 1988). Un composé phénolique isolé de T.harzianum inhibe la germination des urédospores de l’agent pathogène de la rouille de l’arachide, Puccinia arachidis (Govindasamy et Balasubramanian, 1989).

Sept Trichoderma sp. ont été évalués pour l’activité antagoniste contre F. oxysporum, Fequiseti, F. solani, Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotinia minor, Rhizoctonia sp. et S. rolfsii et la présence de métabolites diffusibles dans le milieu a été démontré dans près de 80% de l’interaction Antagoniste pathogène (Monaco et al.,1994). Une souche de T. harzianum isolé à partir de racines de blé a produit cinq différents métabolites. Parmi eux, trois nouveaux composés présentent une activité antifongique contre G. graminis var. tritici, l’agent causal de piétin- échaudage du blé (Ghisalberti et Rowland, 1993). DiPietro et al. (1993) obtenu de la gliotoxine à partir du filtrat de culture de G.virens, qui inhibe la germination de spores de Botrytis cinerea. Les isolats de T. viride T. harzianum et a inhibé la croissance de Fusarium moniliforme et Aspergillus flavus par la production de composés volatiles inhibitrices (Calistru et al., 1997). Maladie coton de semis incité par R. solani a été supprimée par T.viride raison de mycoparasitisme et la production d’antibiotiques (Howell et al.,2000). Les métabolites secondaires volatiles produites par Trichoderma pseudokoningii, T.viride et Taureoviride affecté la croissance du mycélium et la synthèse des protéines dans deux isolats de Serpula lacrymans à des degrés divers (Humphirs et al.,2002). Mais la production de métabolites non volatile semble être l’un des mécanismes impliqués dans le contrôle biologique de l’agent pathogène des racines de tomate Pyrenochaeta lycopersici par quatre T.harzianum différents isolats en plus de la grande sécrétion de chitinases (Perez et al., 2002).

Mukherjee et Raghu (1997) ont étudié l’effet de la température sur la production de métabolites par Trichoderma sp. Ils ont observé que Trichoderma produit une forte concentration de de mycotoxines dans un bouillon de culture à des températures élevées.

Cependant, Trichoderma sp. n’était pas efficace dans la suppression S. rolfsii à une température supérieure à 30 ° C. Mischke et al. (1997) ont mesuré l’efficacité des métabolites produits par Trichoderma sp. sur la base de l’inhibition de la croissance de R. solani. En outre, ils ont observé que les extraits aqueux de jeunes germes cultivés sous lumière de T. virens inhibent R. solani plus que les extraits de jeunes germes culivés dans l’obscurité. En outre, ils ont montré que les extraits de T. virens cultivées sous faible pH ont montré une activité inhibitrice accrue. En 2001 Landreau, a identifié des métabolites polypeptidiques ; des peptaïbols et des ciclosporines à effets immunosuppresseurs et anti-inflammatoire. Des métabolites non volatils diffusibles : polyacétates (antifongiques, antibiotiques), trichotécènes (variété de toxines actives sur microorganismes et mammifères) notamment les trichodermines sont identifiés par Blumenthal, en 2004. Des métabolites volatils, le 6 pentylpyrone, l’ éthylène et le cyanure d’hydrogène, des alcools et des aldéhydes ont été purifiés et identifiés par Vizscaino et son équipe en 2005.Vinale et al . (2006) ont isolé des métabolites secondaires à partir de deux souches de T. harzianum commercialisés, T22 et T39, pour la première fois. Trois principaux composés bioactifs ont été produites par des souches T22, dont l’un est un nouveau azaphilone qui a montré une activité antifongique remarquable contre R. solani, P. ultimum et G. graminis var.tritici dans des conditions in vitro.

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