Pourquoi les liens entre certaines plantes et les micro-organismes du sol ont «disparu»
Les mutualismes sont des relations écologiques mutuellement bénéfiques entre différentes espèces, comme les oiseaux en quête de miel et les humains. Il existe entre les plantes terrestres et les micro-organismes du sol une relation de mutualisme ancestrale, vieille peut-être de 450 millions d’années, qui aide les plantes à extraire du sol des nutriments qui leur seraient autrement inaccessibles. Cependant, certains groupes de plantes semblent avoir perdu ce lien ancestral. Les raisons font encore l’objet de débats, mais plusieurs hypothèses sont avancées. Par exemple, l’évolution d’autres stratégies d’acquisition de ressources, telles que le carnivorisme et le parasitisme, est étroitement liée à la disparition du mutualisme, explique Matheus Bianconi(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), biologiste évolutionniste à l’université de Toulouse(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Cette situation s’explique par le rôle nutritionnel que joue le symbiote pour la plante», explique-t-il. «Une fois que ce rôle devient superflu, les plantes peuvent perdre leur capacité à entretenir un mutualisme sans que cela ne leur coûte quoi que ce soit.» Dans le cadre du projet SYMBIOLOSS, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Matheus Bianconi et ses collègues ont étudié la disparition répétée des mutualismes chez les plantes terrestres. L’équipe a cherché à mettre en évidence des schémas génétiques susceptibles d’expliquer si l’abandon du mutualisme a entraîné des changements adaptatifs destinés à compenser cette perte.
Retracer l’histoire des mutualismes plante–micro-organismes
Le projet a adopté une approche phylogénomique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pour identifier les gènes et les mutations régissant les caractères d’intérêt, en analysant les génomes de centaines d’espèces végétales présentant ou non un mutualisme. Les chercheurs ont ensuite recouru à des outils statistiques et phylogénétiques pour identifier les variations génétiques associées à sa présence chez différentes espèces. Une fois les gènes candidats identifiés, ils les ont recoupés avec d’autres ensembles de données et ont sélectionné les candidats les plus prometteurs afin de les valider en laboratoire. Ces travaux ont notamment consisté à inactiver ou à surexprimer des gènes. «Notre équipe a utilisé avec succès cette approche pour cartographier les fondements génétiques de la symbiose chez les plantes», note Matheus Bianconi. «Dans le cadre de ce projet, nous avons adopté la même approche, mais en inversant la perspective: nous avons cherché à déterminer ce que les espèces non mutualistes ont en commun.» L’équipe espérait ainsi mettre en évidence des gènes ou des réseaux communs liés à des changements adaptatifs ayant évolué indépendamment chez les espèces non mutualistes, et identifier des gènes qui avaient été «réaffectés» après la disparition du mutualisme et avaient acquis une nouvelle fonction.
Révéler les modifications génétiques
Les résultats suggèrent que les modifications génétiques à l’origine du passage à un mode de vie non mutualiste sont en réalité spécifiques à chaque lignée, et que les mécanismes symbiotiques qu’elles ont abandonnés auraient pu servir de base à l’émergence de nouvelles adaptations. L’équipe a ensuite étudié cette hypothèse de manière approfondie en recourant à des hépatiques. «Nous avons pu identifier un récepteur membranaire qui semble jouer un rôle important dans la symbiose et qui a fait l’objet de multiples duplications chez les hépatiques non mutualistes», ajoute Matheus Bianconi. «De même, nous avons identifié un gène susceptible de jouer un rôle dans le métabolisme des nutriments, qui a disparu chez les espèces de plantes terrestres non mutualistes, à l’exception des mousses et de certaines hépatiques.» Ces deux cas font actuellement l’objet d’une validation expérimentale en laboratoire. «Si cela se confirmait, ils constitueraient des exemples de gènes liés à la symbiose qui auraient été réaffectés après la disparition du mutualisme», fait remarquer Matheus Bianconi.
Une analyse plus approfondie de la disparition des mutualismes
Ce projet a soulevé plusieurs questions, et les chercheurs comptent y revenir à l’avenir, notamment lorsque davantage de ressources génomiques concernant les espèces non mutualistes seront disponibles. «Aujourd’hui, quelques groupes de plantes sont bien représentés, mais beaucoup ne comptent qu’une ou quelques espèces, ce qui limite la portée des analyses phylogénomiques», explique Matheus Bianconi. «Nous comptons associer ces données à d’autres types de données omiques générées dans des conditions contrôlées, afin de pouvoir en tirer de nouvelles conclusions.»
