Mieux comprendre comment les plantes et les champignons communiquent

Les champignons mycorhiziens arbusculaires vivent en symbiose avec la grande majorité des plantes, dont les espèces cultivées. Ces champignons souterrains s’associent avec les racines, où ils forment des structures spécialisées, les arbuscules, dans lesquels auront lieu des échanges de nutriments. Les champignons mycorhiziens arbusculaires se développent en réseau qui explore le sol, avec une surface d’échange mille fois plus importante qu’avec le système racinaire. Par ce réseau, les champignons puisent des éléments nutritifs, comme le phosphore et l’azote, ainsi que de l’eau. Ils fournissent ces éléments aux plantes et en échange, ils reçoivent des composés carbonés produits par la photosynthèse des plantes. Le réseau mycélien devient une véritable extension du système racinaire des plantes, ce qui renforce leur résilience et leur productivité face aux stress environnementaux.

Échange de bénéfices

La communication entre les plantes et les champignons mycorhiziens arbusculaires est essentielle au bon fonctionnement de cette symbiose. Pour ce faire, les champignons produisent des molécules signal, notamment des lipo-chitooligosaccharides (LCO) et chitooligosaccharides (CO). Quand les plantes perçoivent ces signaux, elles préparent leurs racines à la colonisation. Peuvent alors se créer dans certaines cellules racinaires les arbuscules.

Au cours des dix dernières années, les scientifiques du LIPME ont identifié des récepteurs responsables de la perception de ces signaux. « Nous avons caractérisé plusieurs récepteurs membranaires, appartenant à la famille des LysM-RLK, détaille Benoit Lefebvre, chercheur INRAE. Nos travaux se sont concentrés sur deux sous-familles de ces récepteurs ». Certains récepteurs, ceux de la sous-famille LYR-IA, reconnaissent spécifiquement les LCO, tandis que ceux de la sous-famille LYR-IB, perçoivent à la fois les LCO et les CO. Comme un mécanisme de clé et de serrure, cette identification participe à la reconnaissance des champignons arbusculaires par les plantes, et ouvre la porte à la colonisation massive des racines par ces champignons.

Au cours de l’évolution, le gène LYR-IA a acquis une fonction supplémentaire chez les légumineuses, la perception de LCO produits par un autre type de microorganisme bénéfique, des bactéries symbiotiques, appelées rhizobia. Ces bactéries sont capables de fixer l’azote dans ces structures racinaires spécialisées, les nodosités. Elles permettent aux légumineuses de puiser de l’azote dans l’air et de ne pas dépendre de l’azote des sols souvent apporté par des engrais en agriculture.

Les scientifiques du LIPME poursuivent ses travaux sur les mécanismes moléculaires impliqués dans les interactions des plantes avec des micro-organismes bénéfiques, principalement sur les échanges de nutriments.

« Mieux comprendre ces interactions ouvre des perspectives prometteuses pour les cultures, souligne Benoit Lefebvre. En optimisant les interactions entre cultures et champignons mycorhiziens arbusculaires, il devient envisageable d’améliorer la nutrition des plantes, d’accroître leur tolérance au stress et de réduire le besoin en intrants. »