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Des microbes du sol protecteurs pour les plantes

Les racines des plantes dans le sol sont en contact avec des milliards de microbes dont certains leur confèrent des résistances à différents stress environnementaux. L’étude de ces associations revêt une importance accrue dans le contexte du changement climatique.

Visuel regards d'expert : Microbes et plantes : anges ou démons ?
Article de présentation de la revue de l’Académie d’Agriculture de France : « Des microbes bénéfiques peuvent aider des plantes à acquérir une tolérance aux stress environnementaux » par Heribert Hirt. 8 pages, 28 octobre 2013.. © Inra, Véronique Gavalda
Par Pascale Mollier
Mis à jour le 15/06/2016
Publié le 30/11/2015

Cet article présente la revue réalisée par Heribert Hirt pour l'Académie d'agriculture de France.

Selon des études récentes, la survie de certaines plantes dans des habitats extrêmes dépend d’associations microbiennes qui confèrent à ces plantes une résistance aux stress. Ces résultats soulèvent plusieurs questions. Peut-on améliorer la tolérance aux stress de toutes les plantes grâce aux microbes ? Ces microbes sont-ils déjà présents mais n’ont pas encore été identifiés ? Les réponses à ces questions peuvent modifier la compréhension des interactions entre les plantes et les microbes du sol et ouvrir la voie à de nouveaux procédés pour une agriculture durable.

Des milliards de microbes autour des racines des plantes

Vue du développement racinaire et des nodules d'une légumineuse dans un rhizotron développé par la plateforme de phénotypage haut-débit du Centre Inra de Dijon. © Inra
Vue du développement racinaire et des nodules d'une légumineuse dans un rhizotron développé par la plateforme de phénotypage haut-débit du Centre Inra de Dijon © Inra

  • 80 % des espèces végétales terrestres ont des relations avec des champignons mycorhizes.
  • 20 % du carbone fixé des plantes est fourni par les micro-organismes de la rhizosphère.

Les plantes cultivées sont en contact, au niveau de leurs racines, avec une multitude de microbes présents dans le sol. Un gramme de sol contient en effet des milliards de microbes. En outre, on commence à percevoir que les plantes façonnent leur environnement bactérien et favorisent les micro-organismes qui leur sont bénéfiques. Certaines associations plantes-microbes sont de mieux en mieux connues, comme les symbioses entre les légumineuses et les bactéries fixatrices d’azote (rhizobium) ou encore les associations mycorhiziennes pour la fourniture de phosphate.

 

 

 

Protection contre la chaleur, la sécheresse, le sel

Il existe une grande diversité de micro-organismes (bactéries, champignons), qui interagissent avec les plantes et les protègent de manière spécialisée contre certains stress. Ainsi, la survie d’une plante géothermique (1) est liée à la présence, dans la plante, d’un champignon (2), phénomène d’autant plus remarquable que ni la plante, ni le champignon ne peuvent survivre seuls à des températures supérieures à 38°C. D’autres champignons protègent les plantes contre l’excès de sel, d’autres encore contre des pathogènes. Les mécanismes en sont encore mal connus.

Du côté des bactéries, on connait plusieurs familles de bactéries bénéfiques (3) : Rhizobium, Bacillus, Pseudomonas, Burkholderia. Lorsqu’on inocule du maïs par exemple, avec des souches de rhizobium et de Pseudomonas, on améliore sa tolérance au stress hydrique et on observe une augmentation du niveau de proline (un marqueur de stress hydrique), une diminution des fuites d’électrolytes et le maintien de la teneur en eau des feuilles.

Protection contre les pathogènes : plusieurs types de mécanismes

Certains champignons confèrent une résistance aux maladies seulement dans les tissus qu’ils colonisent et seulement en cas d’attaque pathogène. D’autres confèrent une résistance systémique, tel Piriformospora indica : ce champignon stimule la croissance, la production de biomasse et de semences chez une large gamme de plantes : maïs, orge chou, tomate. Les travaux ont montré que ces actions passent par l’activation d’une voie (4) qui est d’habitude activée seulement en cas d’attaque de pathogènes.

Anges ou démons ?

Le champignon qui confère à sa plante hôte une résistance à des chaleurs extrêmes (2) est pathogène pour d’autres plantes monocotylédones. De même, certaines souches d’un autre champignon (5) confèrent une résistance au sel à une plante côtière, alors qu’il est défini comme un agent pathogène pour diverses espèces de plantes cultivées. Selon l’hôte, selon les souches, les microbes peuvent basculer entre le rôle d’ami ou d’ennemi.

Ca se complique, il faut étudier les communautés…

Rhizotron. © Inra, Inra A. Devouard
Rhizotron © Inra, Inra A. Devouard

Certains champignons contiennent des bactéries ou des virus. C’est le cas de Curvularia protuberata, qui contient un virus ARN double brin nécessaire pour conférer la tolérance à la chaleur. Ainsi, il est nécessaire de développer des approches systémiques pour étudier la contribution de tous les partenaires impliqués dans les associations. Pour utiliser ces microbes de façon sûre et durable, il est nécessaire de mieux comprendre leur distribution et leurs activités dans des environnements différents.

(1) Dichantelium lanuginosum

(2) Curvularia protuberata

(3) Ces bactéries sont désignées sous le nom de PGPB : Plant growth promoting bacteria

(4) Voie de signalisation protéine kinase OKI1

(5) Fusarium culmorum

La revue complète

Lire la revue complète de l’Académie d’Agriculture de France : « Des microbes bénéfiques peuvent aider des plantes à acquérir une tolérance aux stress environnementaux » par Heribert Hirt. 8 pages, 28 octobre 2013.

Revue de l’Académie d’Agriculture de France :

Sommaire :

  • Introduction
  • Le rôle des microbes dans la tolérance des plantes aux stress
  • Tolérance aux stress abiotiques induite par des bactéries bénéfiques ?
  • Résistance aux pathogènes induite par des bactéries bénéfiques
  • Des champignons bénéfiques pour les plantes ?
  • Des champignons PGPF associés aux plantes peuvent améliorer la tolérance au stress
  • Mode de fonctionnement des différents PGPF associés
  • Modes de vie interchangeables et concepts insuffisants
  • Enquêter sur les communautés microbiennes
  • Les perspectives d'avenir
  • Références

Avancées de l’Inra dans le domaine

Sol et microorganismes

- Analyser les microorganismes du sol. Lire les articles : Genosol, ITW SIA 2015, Plateforme-phenotypage-Dijon

- Dossier métagénomique du sol

 Rhizobium

 - Caractérisation des facteurs Nod, synthétisés par les Rhizobium (bactéries fixatrices d’azote qui vivent en symbiose avec les légumineuses). Lire l'article.

- Travaux sur les symbioses racinaires et leur lien avec l’alimentation des plantes en eau et en minéraux. Jean Dénarié. Laurier Inra 2007. Lire l'article.

- Mycorhizes

- Découverte des facteurs Myc, qui favorisent croissance du système racinaire des plantes et la formation de mycorhizes, associations symbiotiques d’un champignon avec les racines des végétaux. Lire l'article.

- Truffe : obtention de plants de chêne mycorhizés. 90% de la production actuelle de truffe noire du Périgord provient de ce procédé.  Lire l'article.

Microbes et tolérance aux stress

- Identification d’une bactérie du sol qui exerce un effet protecteur contre la sécheresse et permet de réduire la mortalité des plantes jusqu'à 50% en cas de stress hydrique sévère. Lire l'article.

Portrait d'Heribert Hirt. © Personal data

L'auteur

Heribert Hirt : directeur de l’Unité de Recherche en Génomique Végétale (URGV), Evry, France, président of the European Plant Science Organisation, EPSO jusqu’en 2013, directeur du King Abdullah University of Science and Technology, Arabie Saoudite.