Les interactions écologiques affectent la bioactivité des plantes médicinales

Jun 19, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12165 (2023) Citer cet article

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Les huiles essentielles produites par les plantes médicinales possèdent d'importantes propriétés bioactives (antibactériennes, antioxydantes) de grande valeur pour la société humaine. La pollinisation et l'herbivorie peuvent modifier les défenses chimiques des plantes et donc influencer la bioactivité des huiles essentielles. Cependant, l’effet des interactions écologiques sur la bioactivité des plantes n’a pas encore été évalué. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle la pollinisation croisée et l'herbivorie simulée modifient la composition chimique des huiles essentielles, améliorant ainsi les propriétés bioactives de la plante médicinale Lepechinia floribunda (Lamiaceae). Grâce à des expériences contrôlées, nous avons montré que les huiles essentielles issues de la descendance végétale croisée avaient une abondance relative plus élevée de terpènes oxygénés et qu'elles doublaient presque l'effet bactériostatique sur Staphylococcus aureus, par rapport à la descendance consanguine (c'est-à-dire la descendance produite en l'absence de pollinisateurs). L'herbivorie a affecté respectivement négativement et positivement la production de composés rares dans les plantes consanguines et croisées, mais ses effets sur la bioactivité restent encore inconnus. Nous montrons pour la première fois qu'en assurant la médiation de la pollinisation croisée (service écosystémique indirect), les pollinisateurs peuvent améliorer les services écosystémiques liés à l'activité biologique des huiles essentielles des plantes. Nous soulignons l'importance de la composante qualitative de la pollinisation (auto, croisée) ; un aspect généralement négligé dans les études sur les services de pollinisation.

Les angiospermes sont au cœur de la plupart des réseaux d’interactions terrestres mutualistes et antagonistes1. De nombreuses espèces d'angiospermes établissent des interactions mutualistes avec les champignons mycorhiziens et les pollinisateurs, qui leur permettent respectivement d'obtenir des nutriments spécifiques du sol et de se reproduire sexuellement. De la même manière, les plantes établissent également des interactions antagonistes avec les herbivores et les micro-organismes nuisibles, qui ont généralement un impact négatif sur la condition physique des plantes1. Il est intéressant de noter que les interactions des plantes avec des organismes aussi différents que les champignons, les bactéries, les animaux et d’autres plantes sont signalées par des métabolites secondaires tels que les terpènes, qui sont les principaux composants des huiles essentielles des plantes1,2,3. Les fonctions écologiques des terpènes comprennent la défense contre les agents pathogènes et les herbivores ainsi que les attractifs et les récompenses pour les organismes bénéfiques tels que les champignons mycorhiziens et les pollinisateurs4,5. Étant donné que les terpènes sont hautement bioactifs6, les huiles essentielles ont été largement utilisées par les humains lors de cérémonies culturelles et comme ressources médicinales, pharmaceutiques, agronomiques, cosmétiques et alimentaires3,7,8,9. Par conséquent, les huiles essentielles de plantes représentent des bénéfices que les humains tirent de la nature (services écosystémiques) et leur bioactivité peut être modélisée par des interactions écologiques. La production et la composition des huiles essentielles des plantes sont très variables en raison de facteurs intrinsèques et extrinsèques. Intrinsèquement, les plantes peuvent modifier la composition chimique et l’abondance de leurs huiles essentielles en fonction de leurs stades intogénétiques et phénologiques, et du type d’organe (fleur, feuille) où elles sont produites10. De plus, les facteurs abiotiques extrinsèques (par exemple, la lumière, l'humidité, la disponibilité des nutriments)2,9 et les facteurs biotiques (par exemple les interactions mutualistes et antagonistes) peuvent affecter le profil chimique des plantes2,11,12,13.

L’herbivorie est une interaction antagoniste qui est généralement considérée comme un mauvais service pour l’écosystème car elle réduit le rendement des cultures et favorise la transmission de maladies15. Cependant, l’herbivorie entraîne des changements dans la composition chimique des plantes. Les plantes produisent deux types de défenses chimiques : les défenses constitutives sont celles produites en continu, tandis que les défenses inductibles sont celles produites après des dommages mécaniques et/ou herbivores6. Ainsi, après être herbivores, les plantes peuvent produire certains groupes composés inductibles qui augmentent leur protection contre les herbivores et les agents pathogènes transmis par les herbivores (défenses inductibles ; par exemple,16,17). Par conséquent, un certain niveau d’herbivorie peut être bénéfique afin d’améliorer l’activité biologique des huiles essentielles contre d’autres organismes tels que les insectes et les microbes (bioactivité). De même, la qualité de la pollinisation (c.-à-d. pollinisation croisée ou autopollinisation) peut affecter les défenses chimiques constitutives et inductibles de la plante produites après l'herbivorie. Les effets de la qualité de la pollinisation sur le profil chimique des plantes dépendront du système de reproduction de la plante. En effet, les espèces végétales principalement issues de croisements croisés et mixtes ont une probabilité plus élevée de subir une dépression de consanguinité (aptitude inférieure) après l'autopollinisation que les plantes autofécondantes. Il a été démontré que les plantes consanguines (issues de l’autopollinisation) sont plus herbivores et ont une incidence accrue de maladies que les plantes croisées (issues d’une pollinisation croisée)18,19. Des études chimiques antérieures soutiennent cette idée, car les plantes produites par autofécondation avaient une expression réduite de leurs défenses constitutives et une capacité moindre à réguler positivement les défenses chimiques suite à des dommages que les plantes produites par croisement13,20. Notamment, dans les plantes pollinisées par des animaux, la pollinisation croisée est principalement réalisée par les pollinisateurs, tandis que l'autopollinisation peut être réalisable à la fois, avec (autofécondation médiée par les pollinisateurs) et sans pollinisateurs (autofécondation). Ainsi, la pollinisation croisée médiée par les pollinisateurs peut améliorer la bioactivité des huiles essentielles. De plus, les deux interactions, pollinisation et herbivorie, peuvent avoir des effets synergiques sur la bioactivité des plantes.