Le voyage des microorganismes à travers les générations de plantes



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Les plantes clonales, des corridors à champignons

Nathan Vannier, Cendrine Mony, Philippe Vandenkoornhuyse (ECOBIO) Sophie Michon-Coudouel et Marine Biget (UMS OSUR) et Anne-Kristel Bittebiere, viennent de publier en avril 2018 dans la revue Microbiome un article intitulé « A microorganisms’ journey between plant generations ». Cet article original met en évidence les mécanismes de transmission du microbiote à la descendance des plantes clonales, et plus particulièrement la transmission des partenaires symbiotiques à cette descendance.

 

Les plantes sont colonisées par une grande diversité de microorganismes qui forment un microbiote et remplissent de nombreuses fonctions pour leur hôte. Le microbiote est constitué de l'ensemble des bactéries, microchampignons, virus etc., vivant dans un environnement spécifique (que l'on appelle alors microbiome) chez un hôte (animal, végétal, aérien) ou une matière (d'origine animale ou végétale). Le microbiote est intimement associé au système racinaire des plantes : il leur permet de mieux exploiter et de mieux enrichir leur environnement, au profit d'une communauté microbienne qui peut être modifiée par le contexte environnemental, et notamment par la teneur en éléments nutritifs du sol.

Ce microbiote peut donc être considéré comme une boîte à outils permettant aux plantes d'amortir les changements environnementaux locaux, avec une influence positive sur leur « fitness », c’est-à-dire leur capacité à s’adapter et à se reproduire. On saisit donc aisément l’intérêt de comprendre ces processus dans la cadre des changements climatiques annoncés…

Dans ce contexte, la transmission du microbiote à la progéniture (i.e. à la descendance) représente un moyen d'assurer la présence de symbiotes bénéfiques dans l'habitat. Rappelons que la symbiose est l’association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (i.e. appartenant à des espèces différentes) : les organismes impliqués sont alors qualifiés de symbiotes, et le plus gros des deux est généralement qualifié d'hôte.

Des exemples d'une telle transmission du microbiote à la descendance ont été principalement décrits jusqu’à aujourd’hui pour la transmission des semences et concernent quelques micro-organismes pathogènes. Dans le cas qui nous intéresse ici, les chercheurs ont étudié la transmission de partenaires symbiotiques à la descendance des plantes, dans un réseau de plantes clonales.

Pour ce faire, ils ont utilisé la plante clonale Glechoma hederacea (i.e. le lierre terrestre) comme modèle végétal et ont contraint la descendance à s'enraciner et à se développer dans des pots séparés, tout en contrôlant la présence des microorganismes.

 

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A la suite de quoi, l’analyse génomique a pris le relai : les chercheurs rennais ont utilisé une approche de séquençage des amplicons (i.e. un fragment d'ADN amplifié par PCR) de l'ARN 16S et 18S ciblant respectivement les bactéries/archées et les champignons afin de décrire le microbiote racinaire de la mère et de la fille de la plante clonale.

L’analyse des résultats a permis de démontrer la transmission verticale (directe) d'une proportion significative de bactéries et de champignons symbiotiques des plantes mères aux filles. Par contre, il est intéressant de noter que les archées n'ont pas été transmises aux plantes filles. Autre enseignement : les communautés transmises avaient une richesse plus faible, ce qui suggère une filtration (sélection) pendant la transmission.

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Par ailleurs, les chercheurs ont découvert que le pool de microorganismes transmis était similaire parmi les filles, constituant donc l'héritabilité d'une cohorte spécifique de micro-organismes, ouvrant une nouvelle compréhension de l'holobionte végétal. Cette mise en évidence va donc permettre de repenser les interactions au sein des ensembles composés par un organisme animal ou végétal et les microorganismes qu'il héberge (i.e. l’holobionte) en prenant en compte les transmissions de microorganismes au cours de la vie et entre générations d’organismes.

En outre, les expériences ont mis en évidence que la richesse du microbiote transmis est largement corrélée avec la distance à la plante mère ainsi qu’avec le temps de croissance.

 

En conclusion, retenons que pour cette plante clonale, les microorganismes se transmettent entre les individus par des connexions, ce qui a pour effet d’assurer la disponibilité de microbes partenaires pour les nouvelles plantes ; il en est de même pour la dispersion des microorganismes entre les hôtes.

Ce processus écologique jusqu'ici non décrit met donc en évidence la dispersion des microorganismes dans l'espace et dans le temps, à travers les générations successives de plantes. Dans la nature, comme la grande majorité des plantes sont clonales, il parait donc vraisemblable que ce processus pourrait être un puissant moteur du fonctionnement des écosystèmes (et de l'environnement au sens large) dans la mesure où il déterminerait l'assemblage des communautés de plantes et de microorganismes dans un large éventail d'écosystèmes.

Est-on en train de voir émerger un nouveau paradigme en écologie, grâce aux apports conceptuels et méthodologiques fournis par la génomique environnementale ? Le pôle scientifique rennais est en tout cas bien placé pour participer à cette révolution.

 

Source :
Nathan Vannier, Cendrine Mony, Anne-Kristel Bittebiere, Sophie Michon-Coudouel, Marine Biget, Philippe Vandenkoornhuyse. A microorganisms’ journey between plant generations. Microbiome, 2018, 6, 79. doi : 10.1186/s40168-018-0459-7


Contact OSUR
Nathan Vannier (ECOBIO / Max Planck Institute for Plant Breeding Research) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @





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