La révolution verte du XXIe siècle reposera sur les interactions plantes-microorganismes

Thomas Rey

L’apport de fertilisants minéraux et de pesticides dans l’agriculture du XX^e siècle a permis de nourrir une population grandissante. Cependant, l’utilisation intensive de ces produits se révèle néfaste pour l’environnement, la santé humaine et le coût de la production alimentaire. Ce constat a acté le retrait des trois quarts des pesticides et a impulsé la recherche de méthodes alternatives. Une piste prometteuse est l’utilisation des microorganismes du sol.

1 : Marquage des arbuscules développés par un champignon mycorhizien par une protéine végétale fluorescente (verte) localisée à l’interface symbiotique. Les parois végétales (violet) sont observées grâce à leur autofluorescence - © Dr. Temur Yunusov, Schornack Lab, Sainsbury Laboratory, University of Cambridge - 2 : Développement d’un Phytophthora palmivora fluorescent (jaune) au sein d’une racine de Medicago truncatula. Les courtes ramifications perpendiculaires aux hyphes sont appelées haustoria (flèche rouge) - © Dr. Thomas Rey, Schornack Lab, Sainsbury Laboratory, University of Cambridge

Dans chaque gramme de sol, on trouve des centaines de mètres d’hyphes de champignons ou d’oomycètes et des millions de bactéries. Ces organismes améliorent ou affectent la disponibilité en nutriments dans le sol et sont à l’origine d’interactions avec les plantes dans les quelques millimètres entourant les racines (rhizosphère).
Les endosymbioses mutualistes se déroulent à l’intérieur des cellules racinaires des plantes et sont bénéfiques à la fois pour l’hôte végétal et le partenaire microbien. Dans la symbiose mycorhizienne, le partenaire fongique fournit des nutriments issus du sol en échange de sucres échangés par la plante au sein de structures appelées arbuscules (Figure 1[1]). Les champignons et oomycètes parasites interagissent également avec les racines. Ils projettent leur mycélium dans les cellules hôtes (haustauria Figure 2) et prélèvent les nutriments jusqu’à provoquer la mort de l’hôte. Ces maladies sont difficiles à traiter et un sol infesté par un agent pathogène peut rester contaminé plusieurs années.

Des processus communs dans le contrôle des interactions bénéfiques et pathogènes ?

Les plantes doivent donc distinguer les partenaires mutualistes, des parasites afin de promouvoir la colonisation des racines par les microbes bénéfiques tout en mettant en œuvre des réponses immunitaires à l’encontre des agresseurs. Un dialogue basé sur l’échange de signaux chimiques est donc nécessaire dans la mise en place des interactions. Or, de fortes similitudes existent entre les signaux des deux types d’interaction. De même, les similarités entre les structures développées par les champignons et oomycètes parasites (haustoria) et les champignons mycorhiziens (arbuscules) à l’intérieur des racines laissent supposer que des processus communs à la formation des interfaces plantes-microbes existent.

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Jardins de France 633. janvier-février 2015