Explorer le rôle des microbes dans la protection des plantes contre les maladies
De nombreux microbes contribuent à protéger leurs plantes hôtes contre les agents pathogènes envahissants. Ils le font en produisant de petites molécules appelées métabolites, des substances chimiques capables de bloquer des enzymes nocives appelées protéases. Si les recherches sur ces microbes vivant dans les plantes se sont multipliées, il reste encore beaucoup à apprendre sur les interactions complexes qu’ils entretiennent avec les plantes et les agents pathogènes. «Pendant de nombreuses années, les études sur les microbiomes végétaux se sont principalement concentrées sur l’identification des microbes présents, plutôt que sur la compréhension des interactions chimiques qui se produisent entre eux et avec la plante hôte», explique Daniel Petras(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeur adjoint au Department of Biochemistry de l’University of California, Riverside(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Ce défi est particulièrement pertinent dans la phyllosphère, l’habitat microbien présent sur les feuilles des plantes.» Cependant, les progrès récents de la métabolomique non ciblée et fonctionnelle, des communautés microbiennes synthétiques et des approches computationnelles ont permis d’étudier ces interactions métaboliques complexes et leur rôle dans la santé des plantes et la résistance aux maladies. Dans le cadre du projet MeStaLeM, qui a bénéficié du soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Paolo Stincone(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), chercheur postdoctoral, coencadré par Daniel Petras et Eric Kemen, professeur de Microbial Interactions in Plant Ecosystems à l’University of Tübingen(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a tiré parti de certaines de ces avancées technologiques pour étudier les substances produites par les microbes vivant dans les plantes. Les chercheurs entendaient créer une communauté microbienne synthétique afin de déterminer les impacts bénéfiques de ces substances et les impacts négatifs lorsque le microbiome végétal se déséquilibre. «Nos résultats apportent de nouveaux éclairages sur les mécanismes moléculaires par lesquels les communautés microbiennes associées aux feuilles contribuent à la santé des plantes», note Daniel Petras.
Stabiliser une communauté microbienne synthétique
Les chercheurs ont d’abord combiné une «approche par retrait» utilisant une communauté microbienne synthétique. «En retirant systématiquement des membres individuels de cette communauté du microbiome artificiel, nous avons pu identifier des métabolites et des microbes dont l’abondance changeait considérablement lorsque certains membres spécifiques étaient absents», explique Paolo Stincone, qui a dirigé le projet MeStaLeM. «Cela nous a permis d’identifier précisément les métabolites qui jouent un rôle important dans les interactions au sein de la communauté microbienne», indique Paolo Stincone.
Coopération microbienne dans l’acquisition du fer
L’équipe a constaté que certains de ces métabolites, en particulier les sidérophores impliqués dans l’acquisition du fer, jouent un rôle crucial dans la structuration de la dynamique des communautés microbiennes. «Plutôt que d’agir indépendamment, les microbes peuvent bénéficier des métabolites produits par d’autres membres de la communauté, créant ainsi des réseaux de coopération qui contribuent à stabiliser le microbiome», remarque Paolo Stincone. «Ces interactions favorisent les micro-organismes bénéfiques en renforçant leur capacité à acquérir le fer disponible en quantité limitée à la surface des feuilles, tout en restreignant l’établissement des agents pathogènes grâce à une concurrence accrue pour ce nutriment essentiel.» Grâce à cette coopération, les microbes bénéfiques collaborent en partageant des molécules pour acquérir du fer, tandis que les agents pathogènes des plantes ne peuvent pas en faire autant. «Cela révèle un mécanisme jusqu’ici méconnu par lequel le microbiome de la phyllosphère contribue à la santé des plantes», note Paolo Stincone.
Promouvoir la santé future des plantes
Les résultats du projet montrent qu’il est essentiel de comprendre les interactions métaboliques entre les microbes pour expliquer la fonction du microbiome et la résistance aux maladies. Ces conclusions complètent le projet DeCoCt(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), qui a utilisé des études de terrain à long terme et des communautés microbiennes synthétiques pour identifier les membres écologiquement pertinents des microbiomes associés aux plantes. MeStaLeM complète ces travaux en révélant comment la coopération médiée par les métabolites peut contribuer à la stabilité et à la fonction protectrice des communautés microbiennes bénéfiques des feuilles. «À l’avenir, ces connaissances pourraient aider les chercheurs à concevoir des consortiums microbiens qui favorisent la santé des plantes ou à identifier des métabolites qui renforcent l’activité des microbes bénéfiques», ajoute Eric Kemen. «À terme, ces approches pourraient contribuer à des stratégies de protection des cultures plus durables et réduire la dépendance à l’égard des pesticides chimiques.»
