Une nouvelle méthode pour détecter la fusariose sur grains de blé

En vingt ans, les attaques de Fusarium sur céréales à paille se sont accrues. Or, la détection de la présence du champignon et de ses mycotoxines dans les grains est une garantie incontournable de qualité sanitaire des récoltes. L’Inra a conçu un système d’analyse multispectrale non destructif et fiable sur grains de blé pour détecter cette contamination.

Mapping of contamination obtained by applied regression analysis onto the multispectral images.Top: images of resistant kernel, ventral view on left and dorsal view on right.Bottom: images of susceptible kernel, ventral view on left and dorsal view on right.The intensity in red gives an evaluation of the degree of contamination.. © Inra, Benoît Jaillais

Détecter la présence du champignon dans les grains : une garantie pour le consommateur

La fusariose de l’épi de blé est une maladie courante des céréales à paille, causée par deux principales espèces : F. graminearum et F. culmorum. Responsable de perte de rendement, ce champignon produit aussi des mycotoxines (DON, désoxynivalénol) rendant impropres les grains à la consommation. Un règlement européen fixe les limites maximales en mycotoxines pour les lots de blé dur et de blé tendre destinés à l'alimentation humaine, ce qui a entraîné le déploiement de nombreuses méthodes analytiques souvent longues et coûteuses. C’est pour pallier ces inconvénients que les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode basée sur un système d’imagerie couplant une caméra avec des éclairages LED, dispositif simple et adapté à un usage haut-débit en routine.

Conception et preuve du concept du dispositif sur des lignées de blé sensibles et résistantes

Les chercheurs ont testé leur dispositif sur des accessions de blé dur et sur quatre lignées de leurs descendances, retenues pour leur différence de résistance à la fusariose. Les génotypes parentaux et leurs descendances ont été cultivés au champ, en lignées répliquées de 1,5 m espacées de 0,2m. Au stade floraison, les plantes ont été inoculées par pulvérisation de 50 000 spores ml-1 d'un mélange de deux souches de F. culmorum et maintenues en conditions d’humidité (≥70 %). A maturité, les grains ont été récoltés et stockés en chambre froide. Pour chaque lignée, dix échantillons de grains ont été prélevés au hasard.

Mise en évidence d’une relation entre la présence de Fusarium et la signature spectrale

A partir de la courbe de propagation de la maladie (AUDPC), les chercheurs ont, au préalable, classé les cultivars en deux groupes : « résistants » et « sensibles ». Un système d’imagerie, composé d’une caméra couleur CCD couplée à un éclairage par diodes électroluminescentes de longueurs d’ondes allant de 360 à 950 nm, a été utilisé pour obtenir des images des grains. L’imagerie multispectrale, des côtés ventral et dorsal des grains, montre que les lignées parentales résistantes présentent des grains de forme régulière alors que les lignées sensibles ont des grains aux formes altérées. L’imagerie permet de déterminer le degré de contamination des grains, lié à la couleur des pixels qui varie du bleu au rouge. Les grains contaminés des cultivars sensibles à la fusariose ont une image contenant de nombreux pixels rouges, alors que ceux résistants présentent des images avec plus de pixels bleus.
Pour tester la validité du dispositif d’imagerie, les chercheurs ont parallèlement mis en oeuvre une analyse des grains basée sur la biologie moléculaire, (broyage des grains, extraction d’ADN du champignon et amplification par PCR). La chimiométrie appliquée à ces résultats a permis de prouver statistiquement que le traitement par imagerie conduisait à des résultats similaires et cohérents avec ceux obtenus par biologie moléculaire. Les chercheurs concluent donc à la pertinence de l’analyse multispectrale pour détecter la contamination. Par ailleurs, le système, facile d’usage, peu coûteux et rapide, n’exige pas de compétences scientifiques spécifiques.

Perspectives

Cette relation, entre la présence de Fusarium et la signature spectrale mise en évidence par cette recherche, intéresse fortement les acteurs de la filière blé. A présent, pour consolider plus fortement ces résultats, des données supplémentaires sont nécessaires, comme celles impliquant d’autres espèces de Fusarium et celles s’appuyant sur une plus grande diversité génétique de blé dur et panifiable.

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Département(s) associé(s) :
Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture, Biologie et amélioration des plantes, Santé des plantes et environnement, Microbiologie et chaîne alimentaire
Centre(s) associé(s) :
Pays de la Loire, Montpellier, Bordeaux Aquitaine

Sources

  • Jaillais, B, Roumet, P, Pinson-Gadais, L., Bertrand, D., (2015) Detection of Fusarium head blight contamination in wheat kernels by multivariate imaging. Food Control, 54, 250-258.

En savoir Plus

Les résultats de cette recherche ont été obtenus dans le prolongement du programme ANR Nomac « Nouvelles ressources pour maîtriser le devenir digestif des nutriments des produits céréaliers ».
Par ailleurs, cette étude fait partie des recherches effectuées à l'Inra sur le phénotypage d'organes de plantes et de plantes entières. Ces dernières années, de nouveaux capteurs du type multispectral sont en cours d'expérimentation dans des projets nationaux et internationaux.
Le système d’imagerie multispectrale a été conçu et réalisé à l’Inra de Nantes par Dominique Bertrand, Patrice Papineau et Alain Sire. Ce système est utilisé pour phénotyper les plantes et a pu donner de bons résultats grâce au traitement de données développé par Dominique Bertrand et Benoît Jaillais. Actuellement retraité, Dominique Bertrand a créé sa micro-entreprise « data_frame » pour répondre aux besoins actuels des entreprises et institutions dans le domaine du traitement de données.
L'Institut coordonne le projet d'investissement d'avenir "Phénome" qui intègre un champ méthodologique de développement d'applications basées sur l'imagerie, en laboratoire, en conditions contrôlées et en champ.
Phenome-FPPN. © Inra
© Inra

Référence : Infrastructure Biologie Santé  'Phenome-FPPN' gérée par l’Agence Nationale de la Recherche et le“Programme d'Investissements d'Avenir” (PIA) (ANR-11-INBS-0012).
site FPPN- Phenome (https://www.phenome-fppn.fr/)

A propos du Réseau Fusatox :

logo. © Inra
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Confrontée à des situations de contamination récurrentes par des mycotoxines produites par des champignons phytopathogènes de l’épi du genre Fusarium, la filière céréalière a développé des stratégies de prévention du risque basées sur une démarche de biologie intégrative et pluridisciplinaire, associant dans un même cadre de réflexion des chercheurs aux compétences complémentaires (épidémiologistes, généticiens, modélisateurs, pathologistes, physiologistes, biologistes moléculaires et biochimistes, microbiologistes). C’est l’objectif principal du réseau FUSATOX associant des équipes des départements Inra (SPE, GAP et MICA), de l’université et du CNRS, du GEVES ainsi que des instituts techniques comme ARVALIS institut du végétal et l’IFBM (Institut Français des brasseurs-malteurs).
Site : https://www6.inra.fr/fusatox