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Une symbiose bien contrôlée

Des chercheurs de l’Inra de Toulouse viennent d’identifier un mécanisme original de contrôle de l’infection de la luzerne (Medicago sativa) par la bactérie Sinorhizobium meliloti. Ces deux espèces vivent en symbiose, la bactérie permettant à la luzerne de fixer l’azote atmosphérique. La compréhension des mécanismes d’infection et du contrôle de cette vie symbiotique ouvrent des perspectives pour la culture céréalière dans le but de limiter l’utilisation de fertilisants chimiques.

Développement du nodule chez la plante hôte (Medicago sativa) suite à l'inoculation par une souche de Rhizobium meliloti dont un gène est fusionné avec un gène rapporteur (gène Lac Z d'Escherichia coli). 7e jour après inoculation (coloration au bleu de méthylène et éclaircissement à l'hypochlorite de sodium). Observation en microscopie photonique à fond clair.. © Inra, TRUCHET Georges
Par Service de presse
Mis à jour le 17/04/2014
Publié le 18/05/2012

Une symbiose fixatrice d’azote avec des bactéries du sol appelées Rhizobium permet à de nombreuses plantes de la famille des légumineuses (trèfle, luzerne, pois, soja …) de croître en l’absence de fertilisant azoté. A l’échelle planétaire, l’azote fixé par ces symbioses représente 50% de l’azote fourni par l’industrie chimique.

Les rhizobiums jouent trois rôles majeurs dans ce processus : ils induisent la formation sur la racine de la plante hôte de nouveaux organes, appelés nodosités, spécialisés dans la fixation de l’azote ; les rhizobiums s’installent dans les nodosités, mais pas dans les racines ; les rhizobiums, une fois internalisés dans les nodosités, deviennent capables de fixer l’azote atmosphérique sous une forme assimilable par la plante.

Lors d’une infection par un pathogène, le microbe prend l’ascendant sur la plante aboutissant à son dépérissement. Le succès de l’interaction symbiotique suppose au contraire le maintien d’un équilibre subtil entre les deux partenaires. En particulier l’optimisation du niveau d’envahissement de la plante par le rhizobium est importante : une invasion modérée des nodules limitera l’efficacité de la fixation d’azote alors que, à l’inverse, une invasion excessive induira des réactions de défense voire de nécrose de la part de la plante.

La compréhension des mécanismes sous-tendant cet équilibre subtil est un enjeu de recherche très actuel dans le domaine. Les chercheurs de l’Inra ont montré que les rhizobiums qui ont réussi à envahir le nodule perçoivent un signal végétal qui, à son tour, active une cascade régulatrice dont le médiateur est un petit nucléotide cyclique, l’AMP cyclique. L’activation de cette cascade pourrait moduler, par un mécanisme qui reste à identifier, le degré d’envahissement de la plante, la rendant réfractaire à des infections secondaires par des rhizobiums du sol. Ce dialogue moléculaire entre les deux partenaires contribuerait à optimiser le niveau d’envahissement de la plante entière.

Les découvertes majeures de ces 20 dernières années sur les symbioses rhizobium-légumineuses permettent d’espérer un jour transférer la capacité à fixer l’azote atmosphérique, au mois partiellement, aux céréales (blé, riz, maïs). Un des enjeux de cette recherche sera de développer des rhizobiums adaptés aux céréales et, en particulier d’optimiser leur capacité infectieuse. A terme, cela permettrait de réduire l’apport d’engrais chimiques sur ces cultures céréalières.

Référence :

Chang Fu Tian, Anne-Marie Garnerone, Céline Mathieu-Demazière, Catherine Masson-Boivin, Jacques Batut. Plant-activated bacterial receptor adenylate cyclases modulate epidermal infection in the Sinorhizobium meliloti–Medicago symbiosis. PNAS, 9 avril 2012. Doi : 10.1073/pnas.1120260109http://www.pnas.org/content/early/2012/04/04/1120260109.abstract

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Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Occitanie-Toulouse