Santé végétale : l’importante contribution du microbiome des plantes

Les plantes renferment et interagissent en permanence avec un microbiote composé d’une multitude de bactéries, champignons et autres espèces de micro-organismes. Ces communautés fonctionnent collectivement sous forme de microbiome et, à l’instar des microbiomes humain et animal, seraient capables d’influencer la santé de leur hôte. Toutefois, les mécanismes régissant ces phénomènes ne sont aujourd’hui pas totalement élucidés. Dans ce contexte, une revue récente explore les connaissances actuelles sur la manière dont les interactions entre plantes et microbiomes modulent la santé végétale.

Diverses communautés microbiennes – bactéries, champignons, protistes, nématodes et virus – sont présentes sur et à l’intérieur des plantes. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont permis d’approfondir les connaissances sur les interactions complexes entre la plante, les communautés microbiennes associées et l’environnement. Ces travaux ont notamment souligné l’importance de la composition du microbiote végétal pour la croissance et la santé des plantes (Wagner, 2016 ; Bergelson, 2019).

Alors que les mécanismes sous-jacents ne sont pas entièrement compris, une revue récente (Triveldi, 2020) examine les données actuelles sur la composition du microbiome végétal, ainsi que la manière dont ces communautés microbiennes modulent la santé de la plante.

Microbiome végétal, une diversité importante de micro-organismes

Chaque plante possède un « microbiote de base« , composé de membres de la communauté microbienne ubiquistes et persistants dans la quasi-totalité des communautés d’un hôte spécifique (Vandenkoornhuyse, 2015 ; Astudillo- García, 2017 ; Yeoh, 2017). Ces membres sont recrutés de manière sélective et enrichis en parallèle et sont particulièrement bien adaptés à la vie sur et/ou à l’intérieur des tissus végétaux.

Selon les compartiments de la plante (voir figure 1), il existe de nettes différences dans la composition du microbiome. Dans la partie endophytique, les phyla les plus fréquemment rencontrés sont les Proteobacteria et les Firmicutes, suivies par les Bacteroidetes alors que les Acidobacteria, les Planctomycetes, les Chloroflexi et les Verrucomicrobioa sont faiblement représentées. Dans la phyllosphère, la principale communauté est constituée de bactéries appartenant au phyla des Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes et Actinobacteria.

Parallèlement au rôle des communautés bactériennes et fongiques, les processus du sol et des plantes sont également influencés par d’autres organismes, comme les virus, les archées, les nématodes et les protistes. Les virus jouent notamment un rôle déterminant dans l’assemblage et le renouvellement des communautés bactériennes dans le sol, mais leur fonction dans les environnements associés aux plantes n’est pas complètement élucidée (Trubl, 2018 ; Pratama, 2018).

La composition du microbiome est façonnée par des interactions complexes entre plante et micro-organismes

Des études récentes ont identifié les facteurs clés qui influencent l’assemblage du microbiote des plantes. Elles ont notamment permis d’établir un lien entre certains taxons et gènes microbiens et la colonisation des plantes, leur physiologie et leurs caractéristiques physiques. En effet, l’assemblage sélectif des microbiomes végétaux nécessite des interactions multiples et complexes plante-microorganismes et microorganismes-microorganismes.

La plante interagit avec le microbiome tout au long de son développement en libérant des exsudats racinaires tels que des acides organiques, des sucres et des métabolites secondaires. Parallèlement, les micro-organismes du sol agissent comme « banques de semences » et diversifient leur potentiel génomique pour dégrader, utiliser et métaboliser les différents substrats métaboliques présents dans l’exsudat racinaire (Levy, 2017 ; Xu J, 2018 ; Zhang, 2019).

La présence de certains transporteurs spécifiques chez les microorganismes associés aux plantes leur confère un avantage sélectif. Par conséquent, la communauté microbienne est façonnée par d’intenses interactions entre microorganismes, médiées par la production et la détection de molécules antimicrobiennes spécifiques à chaque souche (Xu L, 2018).

Le microbiome végétal contribue à la santé de la plante

Ces interactions complexes maintiennent l’équilibre entre les différents membres de la communauté microbienne en faveur des micro-organismes bénéfiques à la santé des plantes. Les avantages médiés par le microbiome sont apportés à travers divers mécanismes directs ou indirects – stimulation de la croissance, contrôle du stress et défense contre les pathogènes et ravageurs – et peuvent être initiés dans n’importe quelle partie de la plante bien qu’ils soient principalement déclenchés sous terre (Richardson, 2011).

La promotion de la croissance des plantes est assurée par des effets directs médiés par la fixation de l’azote, le déblocage des nutriments essentiels des minéraux et l’amélioration d’absorption des nutriments du sol (Hestrin, 2019). D’autres effets directs contribuant à la croissance des plantes sont médiés par l’atténuation du stress abiotique grâce à la production de molécules spécifiques telles que les hormones végétales et les enzymes de détoxification (Fitzpatrick, 2018).

Le microbiome de la plante est également capable de lui apporter des bénéfices indirects en induisant une résistance systémique aux agents pathogènes et ravageurs (Stringlis, 2018). L’impact de la défense naturelle induite les micro-organismes sur la santé des plantes est plus clairement démontré dans les sols. En stimulant et enrichissant les micro-organismes du sol, les exsudats des racines constituent une première ligne de défense contre les pathogènes transmis par le sol (Mendes, 2011).

En conclusion, les interactions bénéfiques entre les plantes et leur microbiome contribuent à l’amélioration de la croissance et de la santé végétale.

Basé sur : Trivedi, P., et al. Plant–microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nat Rev Microbiol 2020;18: 607–621.