Une plateforme pour la production durable de biopesticides à base de terpènes pour des applications agricoles à grande échelle

Avec la croissance rapide de la population mondiale et l'impact négatif du changement climatique sur l'agriculture, la sécurité alimentaire est fortement menacée. Les parasites et les agents pathogènes des plantes font peser des risques supplémentaires sur la production agricole et les stratégies de lutte préconisent l'utilisation massive de pesticides synthétiques qui sont souvent nocifs pour la santé humaine et l'environnement. Considérés comme « les molécules qui ont changé le monde », les produits naturels se prêtent à plusieurs applications et pourraient constituer une source extraordinaire de composés biologiquement actifs à utiliser pour la protection des cultures. Avec un mode d'action spécifique et complexe, les produits naturels ne persistent pas à l'intérieur des écosystèmes et sont moins toxiques que les pesticides synthétiques. À ce jour, plusieurs produits naturels de type terpénoïde sont utilisés avec succès pour lutter contre les parasites (ex. : les huiles essentielles, l'azadirachtine ou la pyréthrine). Les huiles essentielles sont actives contre les puces, les pucerons, les acariens, les fourmis, les mouches et les grillons. Toutefois, ces produits agrochimiques ne peuvent pas remplacer les pesticides synthétiques dans les grandes cultures en raison de leur faible disponibilité et de leur coût de production élevé. En outre, plusieurs substances allélochimiques terpénoïdes ou protecteurs des plantes (ex.: les momilactones, les phytoalexines ou les saponines) ne sont actuellement pas utilisées en raison de la rareté de leur approvisionnement.

Cette plateforme permettra une production efficace et peu coûteuse de biopesticides à base de terpénoïdes par fermentation classique de la levure. En utilisant des approches de biologie synthétique et d'ingénierie métabolique, des plateformes de levures dédiées seront conçues pour la biosynthèse de terpénoïdes dont les activités biopesticides sont connues, et pour la mise à l'échelle de leurs bioprocédés en vue d'une production à haut rendement. Ces terpénoïdes comprennent, entre autres, des composants d'huiles essentielles (monoterpènes et sesquiterpènes) ou des phytoalexines labdanes diterpènes (momilactones). Subséquemment, un criblage combinatoire à haut débit de banques de terpénoïdes sera effectué face à un panel d'agents pathogènes bactériens et fongiques des plantes dont la prévalence est élevée ou moyenne au Québec. Des terpénoïdes purifiés ou des mélanges synergiques ayant des activités antimicrobiennes seront chargés dans des nanotubes d'halloysite afin de prolonger la durée de conservation et d'améliorer la performance lors de l'application sur le terrain. La performance du nanocomposite développé sera étudiée via-à-vis une large collection de bactéries phytopathogènes (ex. : Pseudomonas, Xanthomonas) et de champignons (ex. : Godronia, Exobasidium). Des modifications itératives des nanomatériaux ou de la composition des terpénoïdes seront effectuées pour améliorer les performances et leur rétention sur les feuilles des plantes. La formulation développée sera testée contre des pathogènes présentant un intérêt pour le partenaire industriel ainsi qu'au-delà : a) Pourriture des fruits à Botryosphaeria et moucheture des baies à Botryosphaeria vaccinii ; b) Rougeur des feuilles à Exobasidium rostrupii ; d) Pourriture terminale à Godronia cassandrae. Deux (2) phases d'expériences de validation seront réalisées pour évaluer l'efficacité des terpènes-HNT synthétisés encapsulés contre les maladies fongiques dans les cultures en plein champ.

S'ils sont disponibles en quantités suffisantes grâce à une méthode verte économique, les pesticides inspirés des terpénoïdes pourraient être utilisés pour lutter contre les parasites dans les champs, avec la possibilité de remplacer les pesticides synthétiques dans les 10 prochaines années et de réduire les émissions de gaz à effet de serre en réponse au changement climatique.