Approche multidisciplinaire pour la surveillance des microorganismes dans les grains
Microbiologie et génomique des grains
Sean Walkowiak, Ph. D.
Chercheur et gestionnaire de programme
Microbiologie et génomique des grains
sean.walkowiak@grainscanada.gc.ca
Membres de l’équipe
Chercheur et gestionnaire de programme
- Sean Walkowiak, Ph. D.
Biologistes
- Niradha Withana Gamage
- Janice Bamforth
- Sung-Jong Lee, Ph. D.
- Tiffany Chin, Ph. D.
Technicienne
- Tehreem Ashfaq
Étudiant
- Mayantha Shimosh Kurera
Le programme Microbiologie et génomique des grains utilise les technologies les plus récentes pour étudier les bactéries et les champignons présents dans les grains. Nous identifions les espèces présentes et étudions la façon dont elles sont touchées par des facteurs environnementaux tels que la géographie et le climat. Le secteur des grains peut ainsi comprendre les tendances et les risques associés aux microorganismes bénéfiques et à ceux qui sont nocifs pour les végétaux, les humains ou le bétail. Nous identifions également les variétés de cultures contenues dans les expéditions de grain au moyen d’analyses de l’ADN, et nous disposons actuellement d’une base de données contenant des renseignements sur l’ADN de plus de 800 variétés. En surveillant les microorganismes et les variétés de grain, nous contribuons à assurer la salubrité, l’intégrité et la valeur marchande du grain canadien.
Surveillance des communautés microbiennes au moyen de l’ADN
Les bactéries et les champignons existent souvent en communautés diverses et ont des interactions complexes entre eux et avec leur environnement. En s’adaptent à différentes conditions, les communautés microbiennes subissent des changements qui peuvent avoir des répercussions sur la production, la qualité et la salubrité du grain. L’un des outils que nous utilisons pour étudier les microorganismes est l’analyse ciblée de l’ADN. Ce type d’analyse nous permet de déterminer si un microorganisme est présent ou absent, l’espèce à laquelle il appartient et les toxines qu’il peut produire. Par exemple, nous cultivons des bactéries dans notre laboratoire à partir d’échantillons de grain et nous analysons leur ADN pour déterminer si la communauté bactérienne contient des phytopathogènes, comme l’espèce Xanthamonas, qui cause la maladie des stries bactériennes, ou des bactéries qui causent des maladies d’origine alimentaire, comme E. coli (figure 1). Nous effectuons également des analyses de l’ADN à haut débit sur les grains touchés par des champignons, tels que les grains endommagés par le Fusarium ou les sclérotes d’ergot (figure 2). Ces types d’infection fongique peuvent réduire la production et la qualité des céréales et les contaminer avec des toxines. Nos analyses permettent d’identifier les espèces fongiques présentes et de déterminer si elles possèdent les gènes responsables de la production de toxines possiblement préoccupantes pour la salubrité des aliments.
Profils biochimiques des champignons
Une autre partie de notre travail consiste à mettre au point de nouvelles méthodes pour améliorer l’efficacité des analyses et la qualité des données que nous recueillons. En partenariat avec la Western Grains Research Foundation, la Saskatchewan Wheat Development Commission et la Manitoba Crop Alliance, nous avons mis au point une méthode pour identifier et caractériser le Fusarium et les champignons causant la rouille à l’aide de la spectrométrie de masse à temps de vol par désorption/ionisation laser assistée par matrice (figure 3). Cette technique ionise le contenu d’un échantillon fongique, ce qui permet de séparer chaque produit chimique de l’échantillon en fonction de sa masse et de sa charge. Le modèle de produits biochimiques, appelé profil, est propre à chaque espèce fongique et constitue une sorte d’empreinte digitale pour son identification. Par rapport aux méthodes traditionnelles, cette technique donne des résultats plus rapidement et est plus économique.
Prévision du risque de maladie microbienne
Afin de mieux comprendre le potentiel d’évolution des maladies du grain, nous combinons les données sur l’ADN et les données biochimiques que nous recueillons aux renseignements sur l’agent pathogène, la plante hôte, les pratiques agricoles et les facteurs environnementaux. À l’aide de statistiques, d’analyses et de modélisation avancées, nous élaborons des modèles qui permettent de prévoir le risque de maladie microbienne. Nous avons appliqué cette approche aux maladies fongiques des céréales, comme la fusariose et l’ergot, et au phoma du canola. Les données obtenues aident le secteur des grains à rester informé de la façon dont les microorganismes présents dans les grains peuvent réagir aux changements climatiques.
Publications récentes
- Gamage, N.W., T. Ashfaq, T. Chin, J. Bamforth, et S. Walkowiak. « Draft genome sequence of Enterobacter sp. from wheat grain ». Microbiol. Resour. Announc., 13e00576-23 (2023). https://doi.org/10.1128/mra.00576-23 (en anglais)
- Chin, T., K. Pleskach, S.A. Tittlemier, M.A. Henriquez, J. Bamforth, N.W. Gamage, T. Ashfaq, S.-J. Lee, M.S. Kurera, B. Patel, et S. Walkowiak. « A status update on fusarium head blight on Western Canadian wheat ». Can. J. Plant Path., vol. 45, no 3, p. 277-289 (2023). https://doi.org/10.1080/07060661.2023.2177352 (en anglais)
- Kannangara, S.K., P. Bullock, S. Walkowiak, et W.G.D. Fernando. « Species diversity of Fusarium head blight and deoxynivalenol (DON) levels in Western Canadian wheat fields ». Can. J. Plant Path., vol. 46, no 2, p. 128-141 (2023). https://doi.org/10.1080/07060661.2023.2290034 (en anglais)
- Zhao, L., M.W. Harding, G. Peng, R. Lange, S. Walkowiak, et W.G.D. Fernando. « Artificial intelligence analysis of contributive factors in determining blackleg disease severity in canola farmlands ». Can. J. Plant Path., vol. 46, no 2, p. 114-127 (2023). https://doi.org/10.1080/07060661.2023.2290039 (en anglais)
- Rowland, B.E., M.A. Henriquez, K.T. Nilsen, R. Subramaniam, et S. Walkowiak. « Unraveling plant-pathogen Interactions in cereals using RNA-seq ». Dans : Foroud, N.A., J.A.D. Neilson (éd.). « Plant-Pathogen Interactions ». Methods Mol. Biol., no 2659, p. 103-118 (2023). https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3159-1_9 (en anglais)