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H2020

Symbiosis — Résultat en bref

Project ID: 656853
Financé au titre de: H2020-EU.1.3.2.
Pays: Danemark
Domaine: Alimentation et Ressources naturelles

Quand plantes et bactéries font bon ménage face au changement climatique

Des scientifiques financés par l’UE ont découvert que certaines plantes interagissent avec des bactéries «amicales» spécifiques à certaines espèces et probablement responsables de l’acclimatation de leur hôte au cours des millénaires.
Quand plantes et bactéries font bon ménage face au changement climatique
L’étude de la symbiose entre plantes et micro-organismes spécifiques qui habitent leurs feuilles pourrait nous aider à cerner le processus d’adaptation des plantes au changement climatique.

«Nous essayons de comprendre le processus de diversification des plantes, la raison pour laquelle certaines se portent bien et d’autres pas, et leur adaptation aux différents changements climatiques», explique Nina Rønsted, coordinatrice du projet Symbiosis soutenu par l’UE. Les scientifiques ont étudié des bactéries végétales spécifiques qui résident dans les feuilles de certaines espèces végétales. Le Dr Brecht Verstraete, qui a reçu une bourse Marie Skłodowska-Curie de deux ans pour travailler avec la professeure Rønsted, a découvert que la symbiose n’existe que dans quelques groupes de plantes.

L’un de ces groupes est la «tribu» Vangueria, espèce qui fait partie de la famille des Rubiaceae (caféiers). Ce genre compte environ 600 espèces. «C’est dans ce groupe de plantes que la plupart des occurrences de symbiose ont été observées», note-t-il. «Nous avons découvert que chaque espèce hébergeant ces bactéries semble avoir sa propre espèce bactérienne unique – il s’agit d’une relation individuelle.»

Analyse de l’ADN et datation

Les plantes ont été récoltées lors d’expéditions, essentiellement en Afrique de l’Est et en Afrique du Sud. L’ADN a été extrait des feuilles et certaines parties de l’ADN ont été séquencées. «Nous avons mis la main sur environ 160 espèces, la moitié d’entre elles contenant des bactéries et l’autre moitié non, puis nous avons comparé les séquences d’ADN pour voir à quelle vitesse elles évoluaient.» Ces espèces se sont diversifiées et ont créé de nouvelles espèces au fil du temps, explique le Dr Verstraete.

En examinant les séquences d’ADN à l’aide de l’horloge moléculaire – une technique qui utilise le taux de mutation des molécules d’ADN pour déterminer à quel moment, au cours de la préhistoire, des mutations se sont produites, puis en les étalonnant à l’aide de fossiles de cette même plante, le cas échéant –, il a été en mesure de dater l’apparition de la symbiose avec la bactérie.

Les fossiles des plantes ont été datés à l’aide de méthodes de datation géologique, dont la datation au carbone. «Nous avons établi un lien entre les données fossiles et la séquence d’ADN pour dater l’espèce», explique le Dr Verstraete.

Ces techniques ont été utilisées pour étudier les plantes ou les animaux séparément, mais c’était la première fois qu’elles étaient utilisées pour établir un lien entre les plantes et les bactéries spécifiques aux plantes.

Des mutations se sont produites alors que l’Afrique se refroidissait

Le Dr Verstraete a déterminé l’origine de la symbiose bactérienne à 11 millions d’années environ, à l’époque du Miocène supérieur. À cette époque, la planète a connu un refroidissement à l’échelle globale et une diminution généralisée du taux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Lorsque la plaque continentale africaine est entrée en collision avec le continent eurasien, l’Afrique s’est asséchée et la forêt tropicale qui couvrait le continent d’un océan à l’autre a rétréci et a été remplacée par des plaines herbeuses ouvertes ou des savanes.

«Ce fut une période très difficile pour les plantes, car les mammifères, les grands herbivores, cherchaient à en faire leur repas», explique la professeure Rønsted. Il est possible que les bactéries présentes dans les feuilles aient éloigné les animaux, ce qui a permis aux plantes de survivre. La professeure Rønsted décrit ce mécanisme comme une sorte de «défense chimique», comparée à d’autres moyens de défense que sont, par exemple, les épines.

«Les plantes semblent ne pas bien se porter en l’absence de ces bactéries», précise la professeure Rønsted. «La plante semble dépendre de l’interaction avec ces bactéries, et lorsque l’on compare les lignées des plantes qui abritent ces bactéries avec celles qui n’en ont pas, on trouve beaucoup plus d’espèces. Nous savons que les plantes qui accueillent ces bactéries donnent naissance à plus d’espèces et plus rapidement, même si le taux d’extinction semble être le même.»

Cette association avec les bactéries est source d’avantages pour les plantes, poursuit la professeure Rønsted. «Lorsque les variations sont nombreuses, il a y une base très solide pour une adaptation éventuelle.» Savoir que la symbiose plante-bactérie permet aux végétaux de mieux s’adapter au changement climatique est important, notamment dans l’optique d’une gestion future plus efficace de la nature, explique-t-elle.

Mots-clés

Symbiose, ADN, changement climatique, adaptation des plantes, évolution, Afrique, café, fossiles, botanique