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Les légumineuses préfèrent les intracellulaires

Nodule
© INRA – C.Masson .D.Capela
Qu’est ce qui sépare une bactérie pathogène d’une bactérie symbiotique ? Est possible de franchir les barrières qui les séparent ? Selon les découvertes une équipe de chercheurs toulousaine, peu de modifications semblent au final nécessaires pour transformer une « mauvaise » bactérie en une « bonne » !

Les vertus des symbioses entre bactéries et plantes, associations à bénéfice réciproque ne sont plus à prouver. Les plantes infectées par ces vertueuses bactéries, voient leur productivité largement améliorées grâce à des échanges entre les deux partenaires. Les « rhizobiums », bactéries capables d’établir une symbiose fixatrice d’azote avec une certaine catégorie de plantes, les légumineuses, entrent par les racines. Induisant la formation de nodules, elles colonisent ces derniers en pénétrant directement à l’intérieur des cellules du végétal (de manière intracellulaire). Les rhizobiums, sont d’origines très diverses. Différentes bactéries du sol seraient devenues symbiotiques en recueillant au sein de leur propre matériel génétique des gènes essentiels à la symbiose issus de rhizobiums existants, puis en modifiant leur génome de façon à exprimer ce potentiel symbiotique nouvellement acquis.

Pour rejouer le scénario de leur évolution, l’équipe de chercheurs avait déjà initié (Marchetti et al. Plos Biol 2010) une expérience d’évolution en temps réel visant à convertir une bactérie du sol en symbiote de légumineuse. L’équipe avait alors choisi comme ancêtre de l’expérience une bactérie à la fois relativement proche d’un véritable rhizobium mais jouant un rôle complètement différent: Ralstonia solanacearum. Extrêmement virulente, cette souche est considérée comme un poids lourd de sa catégorie, capable d’abattre une plante en quelques jours. Après avoir élaboré un « brouillon » de rhizobium en introduisant dans cette souche du matériel génétique d’un véritable rhizobium et indispensable à la symbiose, les scientifiques avaient  inoculé cette chimère à des milliers de plantules de légumineuses. Résultat : 3 nodules avaient été observés comme autant de témoins du début de l’établissement de symbioses.  Un de ces nodules était colonisé par une souche incapable de pénétrer les cellules de la plante (intracellulaire) ; cette pénétration, indispensable à la fixation de l’azote, constituant l'étape ultime de la symbiose

Ce clone, uniquement capable d’infection extracellulaire, a été par la suite évolué par une série de cycles de co-culture plantes-bactéries, mimant ce qui a pu se passer dans la nature au cours de l’évolution. Dans 3 expériences indépendantes et en moins d’un an, les bactéries sont devenues capables d’infection intracellulaire.

Explication

D’une part, R. solanacearum dispose, comme beaucoup de ces congénères, d’un patrimoine génétique instable, lui conférant une capacité à muter spontanément. D’autre part, les plantes n’identifient vraisemblablement pas comme opportunes des bactéries possédant encore certaines armes d’infection. En conséquence, les chercheurs ont mis en évidence que sous l’effet de la pression de sélection exercé par les plantes, seules les souches de R. solanacearum ayant suffisamment restreint leur potentiel de virulence ont été sélectionnées… par les racines de leurs hôtes. Outre rejouer partiellement l’histoire de l’évolution en accéléré et ainsi prouver la proximité entre des bactéries à priori diamétralement opposées, cette expérience a permis de faire un nouveau pas dans la longue marche qui mènera à la création de bactéries symbiotiques pour les nombreuses plantes qui en sont toujours dépourvues…