Les plantes avec des taux d’exécution de biomasse plus élevés entraînent des résultats infectieux dans les communautés de plantes annuelles multi-hôtes |

Margaret W. Simon, Université du Kansas, États-Unis, discute de son article: Les plantes annuelles à croissance rapide entraînent des débordements de la maladie dans les communautés multi-hôtes

Les maladies des plantes infectieuses affectent les hôtes des systèmes naturels, agricoles et urbains. Les études de modélisation peuvent aider à prédire ces effets, mais des modèles de maladies traditionnels ont été développés pour les systèmes animaux. Ces modèles ne sont pas bien adaptés aux maladies des plantes car les plantes souffrent souvent d’une maladie localisée plutôt que systémique. Ainsi, les niveaux d’infection doivent être suivis dans chaque plante individuelle, plutôt que de caractériser un individu comme infecté ou non infecté. De plus, les plantes annuelles se développent et terminent leur cycle de vie sur des échelles de temps comparables à la progression de la maladie, créant ainsi des rétroactions entre la croissance des tissus et la propagation des agents pathogènes. Ces rétroactions pourraient modifier le taux d’exécution de la biomasse d’un individu et les trajectoires de la maladie dans la communauté.

Lorsqu’un agent pathogène végétal exploite deux (ou plus) espèces d’hôtes, une interaction indirecte se produit par rapport à une augmentation de la taille de la population d’un hôte soutient une augmentation du nombre de pathogènes, affectant par la suite négativement le ou les hôtes alternatifs dans la communauté, et vice versa. Ce type d’interaction indirecte, appelée compétition apparente, se produit non seulement dans les systèmes de pathogène végétal, mais aussi les systèmes de prédateur et d’hôte-parasite. Dans de tels systèmes, les espèces de proies (ou hôtes) à taux de croissance démographique élevés soutiennent des abondances prédateurs (pathogènes) plus importantes, qui suppriment ensuite d’autres, la croissance plus lente, espèces de proies (hôte) dans la communauté.

Nous avons émis l’hypothèse qu’un phénomène similaire pourrait se produire parmi les espèces végétales qui partagent un pathogène commun et dont les individus ont des taux d’accumulation de biomasse différents. L’idée est que le taux d’exécution d’un individu hôte pourrait servir un objectif similaire au taux de croissance démographique d’un hôte. Considérez un système de deux espèces végétales annuelles (espèces 1 et 2) qui partagent un agent pathogène et ont le même taux d’accumulation de biomasse pour tous les individus au sein d’une espèce, mais avec des taux différents entre les espèces. Si notre hypothèse était vraie, nous nous attendrions à ce que l’espèce 1 des individus subisse une plus grande réduction du rendement de la biomasse lorsque les individus des espèces 2 ont un taux d’accumulation de biomasse plus rapide (et vice versa). Pour tester cela, nous avons développé un modèle mathématique qui intègre les caractéristiques biologiques d’une plante annuelle, y compris les infections localisées, les cycles de vie des agents pathogènes et les taux d’accumulation de biomasse qui se produisent à des échelles de temps similaires. Nous avons utilisé ce modèle pour mener des expériences de simulation informatique entre deux espèces de plantes théoriques qui partagent un agent pathogène, mais ne rivalisent pas pour les ressources. Surtout, nous fixons les taux d’exécution de la biomasse pour être les mêmes pour tous les individus au sein d’une espèce hôte, mais pour différer entre les deux espèces. Nous avons supposé que l’agent pathogène a le même effet qualitatif sur les deux espèces – c’est-à-dire qu’il utilise des ressources dans son hôte, entravant la capacité de cette personne à se développer proportionnellement à la quantité d’infection dont a l’individu. La quantité d’infection au sein d’un individu changera avec le temps car le pathogène transmet à l’intérieur et entre les individus.

Modèle mathématique utilisé pour simuler la dynamique des maladies dans une communauté végétale annuelle avec deux hôtes. Le modèle suit sain (H₁) et infecté (je₁) tissu sur une plante individuelle dans les espèces hôtes 1 (la même pour les espèces hôtes 2). Il y a n₁ et n₂ Individus dans les espèces 1 et espèces 2, respectivement. Chaque individu se comporte exactement de la même manière que tous les autres individus de son espèce, nous n’avons donc qu’à suivre les tissus sains et infectés chez un individu pour chaque espèce. Nous supposons que les individus ne sont pas limités aux ressources et ne meurent pas pendant la saison de croissance. Les tissus sains de l’hôte 1 sont infectés par la transmission du pathogène à partir de tissu infecté contenu dans l’individu (à un rythme b₁), ou à partir de tissu infecté chez un autre individu, soit de l’espèce 1 (à rythme b₁₁) ou espèces 2 (b₁₂). La même chose pour les espèces 2.

Nous avons constaté que l’agent pathogène provoquait des baisses les plus importantes du rendement en biomasse de l’espèce 1 lorsque l’espèce 2 était plus rapide à la biomasse, en particulier lorsque la différence entre les taux d’accumulation de biomasse des deux espèces était importante. Nous ne permettons pas la concurrence des ressources dans le modèle, de sorte que ces effets ne peuvent être pris en compte que par des effets indirects médiés par l’agent pathogène (c’est-à-dire la concurrence apparente).

Nous avons également constaté que, lorsque les deux espèces hôtes sont également défendues (ou non défendues) contre l’agent pathogène, les espèces avec le taux d’accumulation de biomasse plus rapide ont produit plus d’agents pathogènes par individu que son concurrent apparent.

Dans une communauté de parties à parts égales 1 et espèce 2, cela se traduit par une plus grande production d’agents pathogènes (c’est-à-dire des niveaux de maladie plus élevés) par les espèces plus rapides. Par conséquent, les espèces à recrutement plus rapide peuvent amplifier les niveaux de maladie dans une communauté multi-hôte, tandis que les espèces plus lentes la dilue généralement. Ces résultats mettent en évidence l’importance des taux d’accumulation de biomasse en tant que moteur potentiel des résultats des maladies infectieuses dans les communautés de plantes annuelles multi-hôtes.