Identification d'un ensemble de gènes bactériens essentiels pour coloniser les racines de plantes

Tout comme les humains ou les animaux, les plantes vivent en interaction avec des millions de microorganismes (bactéries, champignons…) qui composent leur microbiote, notamment dans les racines. Au cours des 20 dernières années, de nombreuses études ont mis en évidence l'importance du microbiote pour la croissance et la survie des plantes à tous les stades de leur vie. Ce microbiote joue un rôle crucial dans l’assimilation des nutriments et minéraux du sol, renforce leur tolérance à différents stress et leur résistance aux maladies. Si les scientifiques ont une vision précise de la composition du microbiote, les limites techniques d’analyse empêchaient jusqu’à présent de savoir quels mécanismes sont utilisés par les microorganismes pour coloniser les racines.

Déconstruction et reconstruction du microbiote racinaire

Pour étudier avec précision le microbiote des plantes, les scientifiques ont utilisé l’arabette des dames (Arabidopsis thaliana), une plante modèle en recherche. Ils ont isolé le microbiote de cette plante et ont cultivé et identifié les différentes souches de bactéries et de champignons qui le composent. En s’appuyant sur cette collection de microorganismes du Max Planck Institute, ils ont reconstitué un microbiote simplifié mais représentatif qu’ils ont ensuite inoculé à des arabettes cultivées en conditions stériles, et donc dépourvues de microbiote, pour étudier comment les bactéries colonisaient les racines. Grâce à des techniques avancées d’analyse transcriptomique (c’est-à-dire de l’expression des gènes), ils ont constaté que plus de 3 000 gènes étaient actifs à l’interface entre les racines et le sol. Ils ont par la suite étudié plus finement les fonctions de ces gènes.

3 gènes indispensables à la colonisation des plantes

En modifiant des gènes au sein d’une bactérie du microbiote, l’équipe de recherche a identifié 3 gènes indispensables qui sont conservés chez de nombreuses bactéries du microbiote des plantes. Si un de ces 3 gènes est inactivé, les bactéries sont incapables de coloniser les racines. Un des gènes régule la virulence des bactéries et leur réponse aux stress environnementaux. Le second est impliqué dans le transport de composés au travers de la membrane de la bactérie. Le dernier, qui est en fait un ensemble de 4 gènes fonctionnant de concert, permet à la bactérie de percevoir la concentration du phosphore dans l’environnement et d’adapter son métabolisme en conséquence. Ces 3 gènes permettraient aux bactéries de s’adapter à des environnements très différents, et donc de coloniser des hôtes vivants. Ces gènes sont conservés chez les nombreuses bactéries qui ont co-évolué pendant des millions d’années avec leurs plantes hôtes. En plus d’être communs aux bactéries qui composent le microbiote végétal, les scientifiques mentionnent également que ces gènes sont aussi utilisés par d’autres bactéries pour coloniser des mammifères.

Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles recherches pour favoriser les bactéries bénéfiques à la santé de leur hôte, qu’il soit végétal ou animal. Ils ouvrent de nouvelles perspectives non seulement pour l’agriculture durable mais aussi pour la santé.