Des gènes au microbiote des plantes

^{Photo : Arabidopsis thaliana, dans une population naturelle au nord de la Suède.}

Comme les animaux, les plantes possèdent un microbiote composé de multiples microorganismes qui s’organisent en communautés avec des relations de compétition, de prédation ou de symbiose. La présence de certains microbes au sein des tissus des plantes, ainsi que leur diversité, peut avoir une influence bénéfique pour la plante. Cela lui confère par exemple une meilleure capacité à fixer les nutriments ou à mieux se défendre contre des organismes pathogènes. Inversement, est-ce que la plante peut influencer la composition de son microbiote ? Pour le savoir, les scientifiques ont exploré si et comment la variabilité génétique naturellement présente chez la plante modèle Arabidopsis thaliana influençait les communautés microbiennes de ses feuilles.

Une étude sur 30 000 plantes

Les objectifs de l’équipe de recherche étaient :

- de caractériser les microorganismes cibles du contrôle génétique des plantes ;

- d’identifier les gènes impliqués dans ce contrôle ;

- et d’estimer l’impact de cette influence sur la production de graines, une composante importante du succès reproducteur chez cette espèce de plante annuelle.

Pour cela, ils ont semé des copies génétiquement identiques de 200 génotypes d’Arabidopsis thaliana dans 8 dispositifs expérimentaux répartis sur 4 sites au nord et au sud de la Suède. Les scientifiques ont collecté les feuilles de près de 8 000 plantes et caractérisé les communautés microbiennes grâce à la méthode de séquençage ADN de métabarcoding qui permet d’analyser l’ADN d’un échantillon dans sa globalité pour identifier les différentes espèces d’organismes présentes. Ils ont utilisé plus de 20 000 des plantes restantes pour une analyse comparative de la production de graines entre les différents génotypes. Leurs résultats montrent que des différences génétiques entre plantes d’une même espèce influencent la composition du microbiote foliaire, quel que soit l’environnement dans lequel les plantes ont vécu.

Une influence du génotype des plantes sur des microorganismes spécifiques

Les communautés microbiennes s’organisent autour de microorganismes structurants qui ont une grande influence sur leur composition. Or, les résultats de l’étude montrent que c’est sur ces microorganismes structurants que l’influence du génotype des plantes est la plus grande. Ils ont notamment une influence sur la croissance et le succès reproducteur des différents génotypes de la plante. L’étude montre ainsi que cette influence génétique des plantes sur ces microorganismes structurants explique environ 10 % de la variabilité de la production de graines entre les différents génotypes d’Arabidopsis thalania sur les 4 sites et les 2 années étudiés. Grâce au séquençage des génomes des 200 génotypes d’Arabidopsis, les chercheurs ont identifié des gènes et fonctions impliqués dans la variation des communautés microbiennes entre les différents génotypes. Leurs résultats suggèrent l’implication de gènes impliqués dans le système immunitaire des plantes, mais aussi la production de métabolites spécialisés, souvent impliquées dans les mécanismes de réponse à différents stress que peut subir la plante.

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude de la diversité génétique des plantes. Il serait ainsi possible de conserver ou valoriser des génotypes sur la base leur capacité à favoriser la présence de certains microorganismes bénéfiques qui contribuent au potentiel adaptatif des populations ou à maintenir différents services écosystémiques (production de biomasse, meilleure résilience aux contraintes).