Une bourse ERC pour tester l’hypothèse de la « barbe verte » chez les plantes

Le nombre de descendants qu'une plante produit dépend de ses voisines, qui peuvent par exemple capter avant elles la lumière et les nutriments du sol. Plusieurs travaux suggèrent que les plantes sont capables d’adapter leur réponse à ce voisinage en fonction de l'identité génétique de leur entourage, notamment en favorisant leurs apparentés (moins de compétition racinaire, moins d'ombrage, avertissement à l'arrivée d'un herbivore, etc.). Ces résultats sont pourtant débattus, les mécanismes qui permettraient une telle reconnaissance étant largement inconnus, au niveau génétique comme moléculaire.

Un gène qui reconnaît ses semblables

Comment reconnaître un proche sans le connaître ? Germain Montazeaud explore une piste décrite par le biologiste William Hamilton puis popularisé par Richard Dawkins : le mécanisme dit de la barbe verte. Un même gène (ou un petit nombre de gènes étroitement liés dans le génome) assurerait 3 fonctions à la fois : produire un signe reconnaissable, le détecter chez les autres, et favoriser ceux qui le portent, même sans lien de parenté à l’échelle du reste du génome. « Ces gènes conduisent les individus qui les portent à favoriser ceux qui possèdent la même version du gène. En quelque sorte, ils utilisent les interactions entre individus pour se propager », résume Germain Montazeaud.

Ce mécanisme a depuis été observé chez des insectes, l'exemple le plus connu venant de la fourmi de feu, où les ouvrières tuent les reines porteuses d'une version différente du gène. Chez les plantes, aucune barbe verte n'a jamais été identifiée. Les études sur la reconnaissance entre apparentés chez les plantes (l'idée qu'une plante traiterait différemment ses parentes, parce qu'elles se ressemblent sur l'ensemble du génome) ont concentré l'attention des chercheurs ces 20 dernières années, laissant de côté d'autres pistes comme celle de la barbe verte, où seul un gène précis compte. « Le projet ambitionne de dépasser les controverses actuelles sur la communication et la reconnaissance entre plantes en recherchant des mécanismes dont nous pourrons décrire précisément les bases génétiques et moléculaires », explique Germain Montazeaud.

Dépasser une limite disciplinaire autant que conceptuelle

Pourquoi cette piste est-elle restée inexplorée ? « L'obstacle principal, c'est le pont disciplinaire. Les biologistes des plantes sont peu familiers des théories de la coopération et de l’évolution sociale, surtout développées chez les animaux », explique Germain Montazeaud. S'y ajoute un frein plus conceptuel, l'idée qu'un comportement social suppose une forme de conscience. « On a tendance à penser que les traits sociaux n'évoluent que chez des organismes dotés d'un système nerveux. Ce n'est pas le cas, il existe des gènes barbe verte chez les microorganismes, notamment chez les bactéries. »

« Les plantes disposent d'ailleurs déjà de la machinerie nécessaire », relève le chercheur. Chez environ 40 % des espèces à fleurs, des systèmes permettent de reconnaître l’identité génétique du pollen et d’empêcher l’autofécondation : quelques gènes étroitement liés associent production d’un signal et reconnaissance de celui-ci. «Il s'agit d'une organisation qui présente des similitudes frappantes avec une barbe verte. Cela laisse ouverte la possibilité que des gènes de ce type aient pu évoluer chez les plantes. » 

Mille génotypes pour explorer le génome

Les travaux menés jusqu'ici reposent sur un petit nombre de génotypes (des versions génétiques naturelles d'une même plante), rendant difficile de distinguer un véritable effet de l'apparentement de simples différences de croissance. Grâce au financement ERC, PHYTOPOGON pourra changer d'échelle et aussi d'approche, en s'appuyant sur Arabidopsis thaliana, plante modèle de la biologie végétale dont le génome est très bien connu et dont il existe de vastes collections d'individus sauvages entièrement séquencés.

Environ 1 000 génotypes et plusieurs milliers de couples seront étudiés, testés région du génome par région du génome pour repérer où la ressemblance génétique influence les interactions. « La bourse fournira les moyens d'aller jusqu’à la découverte de régions candidates à l'identification et à la validation des mécanismes biologiques responsables », précise Germain Montazeaud, notamment par l'analyse des molécules produites par les plantes et des outils comme CRISPR-Cas9. Ces 5 années permettront enfin de faire évoluer des populations sur plusieurs générations, pour voir si les gènes identifiés sont favorisés ou éliminés par la sélection naturelle. Le projet mobilisera pour cela une équipe aux compétences complémentaires, en biologie moléculaire, en génomique des populations et en bio-informatique.

Les plantes nouveaux modèles pour étudier l’évolution des comportements sociaux ?

Si de tels gènes étaient mis en évidence, les plantes deviendraient un nouveau modèle pour étudier l'évolution des comportements sociaux, en montrant qu'une forme de coopération génétique peut apparaître même chez des organismes sans système nerveux et incapables de se déplacer. « Nous savons déjà que les plantes peuvent limiter la compétition entre elles en exploitant des ressources différentes (c'est la complémentarité de niche), ou qu'une plante peut améliorer l'environnement d'une autre (c'est la facilitation écologique). PHYTOPOGON pourrait révéler un mécanisme supplémentaire, des interactions positives ou négatives, déterminées par la présence de certaines versions de gènes chez les plantes voisines », explique Germain Montazeaud. 

La confirmation de la théorie de la barbe verte chez les plantes permettrait de mieux prédire l'évolution des communautés végétales, leur productivité et leur stabilité.

Mieux prévoir l’aptitude à coopérer dans une culture en association

Le projet recherchera aussi ces mécanismes chez des espèces cultivées de plus en plus éloignées d'Arabidopsis thaliana, la cameline, puis Brassica rapa et Brassica oleracea, les deux espèces dont est issu le colza, avec l’objectif de reconstituer l'histoire évolutive de ces gènes, et de vérifier si un mécanisme découvert chez Arabidopsis thaliana, plante modèle mais non cultivée, se retrouve aussi dans de vraies cultures. Si c'est le cas, ce gène deviendrait un marqueur génétique que les sélectionneurs pourraient mobiliser pour repenser la composition des mélanges variétaux. Ces associations de plusieurs variétés d'une même espèce, cultivées côte à côte dans une même parcelle, visent à optimiser la diversité génétique du champ pour limiter la propagation des maladies. Un pathogène adapté à une variété a en effet plus de mal à contourner les résistances de nombreuses variétés à la fois. Les sélectionneurs pourraient à la place choisir des variétés génétiquement différentes sur l'essentiel de leur génome, mais qui partagent la même version de ce gène à l'endroit précis où il favorise leur coopération. 

Une découverte à l'origine du projet

L'idée remonte à sa thèse, soutenue en 2019 à l'Institut Agro de Montpellier sur les mélanges variétaux, où Germain Montazeaud cherchait des zones du génome où la diversité génétique protège des maladies. Il découvre l'inverse, les associations les plus protectrices partagent, à un endroit précis du génome, la même version d'un gène, « un résultat contre-intuitif, difficile à expliquer ». Il choisit alors d'effectuer un post-doctorat dans le laboratoire où avait été mis au jour la barbe verte de la fourmi de feu (université de Lausanne), afin de transférer vers les plantes des concepts et des outils issus de la biologie animale. Depuis 2025, il co-anime le réseau international PLANTCOM, consacré aux bases génétiques des interactions entre plantes. Une découverte confirmée chez les plantes transformerait la compréhension de la sociabilité végétale, élargirait la théorie de la sélection de parentèle, et pourrait inspirer de nouvelles approches pour une agriculture plus durable.

Mini-CV 

Parcours professionnel 

• Depuis 2024 - Chercheur INRAE, équipe GE²pop, institut AGAP, Montpellier 
• 2022-2024 - Boursier Marie Skłodowska-Curie, département d'écologie et évolution, université de Lausanne (Suisse) 
• 2021 - Post-doctorant, université de Lausanne (Suisse) 
• 2020 - Post-doctorant, INRAE, Montpellier

Direction de projets

• Depuis 2025 - Co-animation du réseau international PLANTCOM, consacré aux bases génétiques des interactions entre plantes

Formation

• 2019 - Doctorat Revisiting cultivar mixtures in the light of ecological & evolutionary theories, Institut Agro, Montpellier
• 2016 - Master Amélioration des plantes et génétique quantitative, Institut Agro, Montpellier