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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Guillaume Bécard : passion mycorhizes

La découverte des LCOs MYC et LCOs FUNG

CNRS Images modifié
Après le récit de la découverte des facteurs NOD au travers des portraits de Patrice Lerouge et Fabienne Maillet, l’aventure scientifique se poursuit avec le témoignage de Guillaume Bécard sur le rôle des lipo-chito-oligosaccharides (LCOs), molécules impliquées dans l’établissement des symbioses mycorhiziennes à arbuscules et plus généralement dans la communication des champignons. Histoire de rebondissements sur le rôle biologique de cette famille de signaux microbiens...

L’appel de l’Amérique du Nord

Solange Cassette (SC) : En 1983, vous partez au Canada, d’abord 2 ans pour le service national en coopération puis en doctorat de microbiologie végétale à l’Université Laval de Québec où vous soutenez votre thèse en 1989[1]. Pourquoi le Canada, pourquoi cette thématique ?

Guillaume Bécard (GB) : Je voulais faire mon service national au titre de la coopération, donc à l’étranger. Ayant fini mon DEA un ou deux ans auparavant, je n’avais pas pu commencer une thèse en France faute de temps pour la terminer avant le service national. J’ai trouvé un laboratoire au Canada, à l’université Laval de Québec, qui faisait des recherches sur les mycorhizes (laboratoire du Professeur A. Fortin) et qui m’intéressaient beaucoup. Je me suis arrangé pour que mon service national soit proche de ce laboratoire dans l’idée que je puisse ensuite m’y inscrire en thèse.

Pourquoi en microbiologie végétale ? C’était il y a bientôt 40 et déjà, à l’époque, l’invention d’une agriculture ayant moins d’impacts sur l’environnement, utilisant moins d’engrais chimiques, moins de pesticides, était déjà une question brûlante, un défi à relever. J’ai donc fait ma thèse sur les mycorhizes, un sujet que je n’ai jamais quitté depuis. Il s’agit d’une symbiose plante-champignon dont l’exploitation doit permettre, en théorie, d’utiliser moins d’engrais, d’irrigation et de pesticides…

SC : Ensuite, pendant quatre ans, vous êtes chercheur associé au Eastern Regional Research Center de Philadelphie [2]. Est-ce un choix délibéré, une opportunité particulière ? Qu’attendiez-vous de cette expérience ?

GB : Un choix délibéré, absolument ! Je souhaitais déjà revenir en France, mais pas tout de suite. Je voulais que mon dossier scientifique soit plus nourri, plus complet pour gagner des chances d’être recruté en France dans de bonnes conditions, donc il fallait que je fasse un post-doc. Pourquoi Philadelphie ? Parce qu’il y avait un laboratoire en train de développer une approche très novatrice à l’époque, -qui l’est toujours d’ailleurs- une approche de RMN in vivo et qui avait envie de l’appliquer à l’étude de la symbiose mycorhizienne.

J’arrivais avec le bagage d’un biologiste « mycorhizologue » et me retrouvais dans un énorme institut de chimie et de biochimie. Cela m’intéressait de me confronter à cette sphère scientifique que je ne connaissais pas du tout. La RMN in vivo a donné des résultats superbes, vraiment très intéressants. Appliquée à la symbiose mycorhizienne, cela n’avait jamais été fait.

Le retour en France

SC : En 1993, vous intégrez l’Université Paul Sabatier de Toulouse (UPS) comme Professeur. Qu’est-ce qui vous pousse à revenir en France ? Quels changements notables par rapport à l’Amérique du Nord ?

GB : Cela faisait dix ans que ma femme et moi étions partis en Amérique du Nord. Nous avions envie de retrouver notre pays d’origine, notre famille, etc... Ma femme avait déjà un emploi dans l’enseignement secondaire, en tant que professeur de lettres, donc elle pouvait le retrouver automatiquement.

Nous n’avions pas envie de revenir à Paris où nous avions vécu pas mal d’années auparavant. Lorsque mes candidatures à l’Université de Brest et celle de Toulouse ont été acceptées, je n’ai pas hésité une seconde : j’ai choisi Toulouse. C’était une ville que nous trouvions très attractive, avec un centre universitaire bien plus important.

Professeur d’université : l’enseignement supérieur

SC : A l’UPS, vous avez enseigné dans tous les cycles –Licence et Master- notamment la physiologie végétale, la biologie et le métabolisme des végétaux, leur adaptation aux pathogènes… Qu’est-ce qui vous plaît dans l’enseignement ? Avez-vous une préférence pour un cycle ?

GB : Le contact avec les étudiants est quelque chose de très enrichissant. Il faut aussi ouvrir son champ de compétences et de connaissances. L’enseignement oblige à lever un peu la tête, à regarder un peu plus à droite et à gauche. J’ai aussi enseigné la biologie cellulaire, la mycologie, un règne magnifique, immense que celui des champignons. J’adore enseigner en L1, parce que c’est un défi ! Il faut y aller avec cet état d’esprit. L’auditoire n’est pas forcément convaincu d’entrée de jeu. Il faut « sortir le grand jeu » à chaque fois et j’aime bien ce défi-là.

En Master les conditions sont complètement différentes ! J’aime bien aussi car on peut aller plus vite, faire des digressions plus facilement.

SC : Vous avez dirigé 15 thèses. Quel conseil donnez-vous à un étudiant de Licence qui voudrait devenir chercheur dans votre domaine ?

GB : Je lui ferais voir comme c’est un métier formidable. Il n’y en a pas beaucoup comme cela, où l’on est aussi libre au fond ! C’est un métier où il y a toute latitude de le rendre toujours plus intéressant en valorisant ses idées. Il conduit à voyager, à multiplier les contacts, les rencontres avec les collègues de la communauté internationale. Je leur dirais « Lancez-vous si vous êtes passionné par la biologie et par le domaine que vous voulez approfondir ». C’est clairement un métier à vocation !

Professeur d’université : la recherche scientifique

SC : En 1999, vous rejoignez le laboratoire SMCV[3] sur le campus INRA d’Auzeville-Tolosane. Vous y êtes Responsable de l’équipe « Mycologie Végétale ». Quels sont les ressorts qui motivent votre décision ?

GB : Cela évoque tout un aspect du démarrage d’une carrière universitaire en France. C’était pour rejoindre une structure où l’une des tutelles était un organisme de recherche. Avant de rejoindre ce laboratoire, j’animais une jeune équipe labellisée au niveau national par le Ministère de l’Enseignement et de la Recherche mais sans tutelle du type INRA, CNRS ou INSERM. Cela nous donnait beaucoup moins de moyens pour fonctionner. Il était impératif -et cela a pris six ans- de rejoindre un plus gros laboratoire sous la tutelle d’un organisme de recherche comme le CNRS.

L’autre motivation était de nous rapprocher d’une communauté plus large, très compétente et reconnue, couvrant des thématiques de physiologie végétale variées, ce qui a été pour nous très enrichissant. Il se trouve que c’était peu avant le moment où nous avons tous migré sur le site d’Auzeville-Tolosane.

SC : Vous citez Léonard de Vinci : « Nous en savons plus sur le mouvement des corps célestes que sur le sol que nous foulons »[4].  Expliquez-nous, de manière simple, pourquoi.

GB : J’adore cette phrase ! Cet homme avait une sorte de prescience inimaginable : comme il avait raison ! Cette phrase était pour dire deux, trois choses :

Ce monde vivant que l’on trouve dans les sols naturels est celui de l’infiniment petit. Il est à sa manière aussi complexe, peut-être plus, que le monde céleste infiniment grand mais a priori uniquement minéral. C’est glisser l’idée que, bien que très familier et on ne peut plus proche de nous, le sol est un milieu à la fois excessivement complexe, encore très largement méconnu et incompris.

D’autre part, comparé à l’espace, beaucoup moins d’intérêt et d’argent lui ont été consacrés. L’astronomie a fasciné les êtres humains depuis l’Antiquité tandis qu’il a fallu attendre le 19ème siècle des Pasteur, des Koch, pour nous faire découvrir une chose immensément importante que sont les microbes, les microorganismes. Parce qu’invisibles, on ignorait leur existence.

Cette phrase de Léonard De Vinci évoque aussi pour moi le décalage très clair qu’il y a entre la physique, les sciences de la matière et la biologie. La biologie est en train de faire sa révolution alors que, pour la physique et les sciences de la matière, cela remonte à plusieurs décennies. Le 21ème siècle sera le siècle du vivant ! Grâce aux travaux antérieurs des mathématiciens, des physiciens, des chimistes, des informaticiens, des ingénieurs… les biologistes disposent aujourd’hui d’outils très puissants qui permettent déjà et vont permettre encore plus l’explosion des connaissances en sciences du Vivant[5].

La saga des LCOs : MYC et FUNG, des découvertes remarquables

SC : Vos recherches en mycologie végétale et les interactions plantes-champignons, en particulier leur symbiose, ont mené en 2011 à la publication majeure dans la revue Nature de la découverte des facteurs MYC[6]. Pouvez-vous nous dire, en termes accessibles à tous, ce dont il s’agit ? Y a-t-il un lien avec la découverte des facteurs NOD par l’équipe de Jean Dénarié en 1990[[7]] ?

Mycorhizes

De gauche à droite : 1/ Segment racinaire d'une plante terrestre colonisée par un champignon mycorhizien symbiotique ; 2/Visualisation dans la racine du champignon à l'aide d'un colorant spécifique (une lectine couplée à un fluorochrome) ; 3/ Observation du champignon seul après extraction optique. Photos : A. LE RU FRAIB / LRSV - CNRS Images

GB : Oui, il y a un lien très fort. Il faut partir de la deuxième question pour répondre à la première. En 1990, une grande découverte a été faite à Toulouse dans le domaine des interactions légumineuses-bactéries fixatrices d’azote, celle des facteurs NOD. Ces molécules bactériennes, indispensables, déclenchent la formation de nodosités racinaires chez la plante, nodosités dans lesquelles les bactéries transforment l’azote de l’air en formes azotées assimilables par les plantes[8].

Vingt ans plus tard, plusieurs arguments génétiques mais aussi moléculaires, biochimiques et physiologiques, nous ont fait poser l’hypothèse que les champignons endomycorhiziens devaient produire des signaux semblables aux facteurs NOD, mais pour une autre symbiose, plantes - champignons cette fois.

Les facteurs NOD sont des lipo-chitooligosaccharides (LCOs). Après quatre-cinq ans d’un travail intense entre biologistes et chimistes, sous la houlette de Jean Dénarié, nous avons enfin pu confirmer notre hypothèse, à savoir que les champignons mycorhiziens à arbuscules produisaient également des LCOs. La difficulté venait de ce que ces molécules sont produites à l’état de trace, noyées dans un mélange complexe d’exsudats fongiques. Par analogie avec les facteurs NOD on les appelle parfois facteurs MYC, mais il est plus rigoureux de les appeler « MYC-LCOs » conformément au terme utilisé dans l’article publié dans la revue Nature.

Jean Dénarié et Fabienne Maillet se retrouvent auteurs des deux découvertes : facteurs NOD et facteurs MYC. Personne, 20 ans plus tôt, n’aurait imaginé que des symbioses légumineuses-bactéries et plantes-champignons aussi différentes s’établissent à partir des mêmes signaux symbiotiques. Aujourd’hui, il est communément admis que la symbiose endomycorhizienne a joué un rôle ancestral dans l’apparition de la symbiose fixatrice d’azote au cours de l’évolution des légumineuses.

SC : En 2020, nouvelle publication majeure : il s’agit toujours de LCOs mais FUNG cette fois-ci[9].

GB : Nous avons ouvert une troisième page de l’histoire de ces molécules. Il s’agit de la découverte que les LCOs, que nous pensions n’être jusqu’alors que des signaux symbiotiques, uniquement produits par les bactéries rhizobium et par les champignons mycorhiziens, étaient en fait produits par à peu près tous les champignons, aussi bien saprotrophes, phytopathogènes que symbiotiques. Donc, les LCOs sont des molécules bien plus répandues qu’imaginé, avec des rôles écologiques beaucoup plus vastes que ce qu’on croyait. Nous avons pu montrer qu’elles étaient capables de modifier la biologie du développement des champignons un peu comme les hormones végétales modifient le développement des plantes.

LCOs

Effets des LCOs sur la formation de pseudohyphes

(flèches blanches) par C. glabrata.

Photo : Nature Communication

Cette nouvelle histoire s’ouvre encore à Toulouse, -une troisième fois avec Fabienne Maillet du LIPME !- dans un article publié dans la revue Nature Communications[9]. Un travail très collaboratif avec le laboratoire américain de Jean-Michel Ané à l’Université Wisconsin-Madison, le laboratoire CERMAV de Grenoble déjà impliqué dans l’article de 2011, et les contributions très importantes de Virginie Puech au LRSV et de Patricia Jargeat à EDB.

Presque dix ans après les MYC-LCOs, nous avons appelé ces nouveaux LCOs « FUNG-LCOs », mais il n’est pas dit que l’histoire retienne ce terme que nous avons proposé dans l’article en question.

SC : Plusieurs brevets liés à ces découvertes ont été déposés. Quelles applications peuvent être envisagées selon vous ? Et dans quel but ?

GB : Il y a d’abord eu les brevets NOD. Leurs applications étaient initialement d’ajouter des facteurs NOD aux bactéries que certains agriculteurs utilisent comme inoculum pour augmenter les rendements, notamment du soja. Par transposition, s’agissant du brevet MYC, l’idée était exactement la même : améliorer la symbiose mycorhizienne en ajoutant des MYC-LCOs aux graines de telles ou telles plantes, par exemple de céréales et pas uniquement de légumineuses, puisque la symbiose mycorhizienne concerne un beaucoup plus grand nombre de plantes que la symbiose fixatrice d’azote.

C’est la raison pour laquelle l’entreprise américaine Nitragin ayant acheté les licences du brevet NOD a participé financièrement aux recherches sur les facteurs MYC. Elle espérait élargir son marché aux grandes cultures et a donc acheté une licence du brevet MYC.

C’était cela l’idée de l’exploitation des facteurs MYC : pas forcément pour être associés aux champignons en tant qu’inoculum -la production d’inoculum mycorhizien est compliquée et coûte très cher-  mais pour favoriser la symbiose du blé, du riz, du maïs lorsque ces plantes rencontrent un inoculum naturel du sol, car les champignons mycorhiziens sont présents dans tous les sols.

SC : C’est ce que vous appelez les biofertilisants ?

GB : Les champignons mycorhiziens peuvent être considérés comme des biofertilisants, des biostimulants. Les MYC-LCOs pourraient être appelés des biostimulants de la symbiose mycorhizienne. Mais c’est un peu plus que ça. Dans l’article de Maillet et al [6], nous avons montré que ces molécules pouvaient aussi stimuler le développement racinaire indépendamment de toute symbiose.

SC : Le fait que la plante a des racines plus développées lui permet de mieux capter les éléments dans le sol…

GB : Oui tout à fait, et de mieux résister au déficit hydrique. Cette stimulation-là peut être considérée comme un effet biostimulant ressemblant à un effet hormonal. Les molécules LCOs ont une caractéristique qui leur est propre : elles sont actives à des concentrations incroyablement faibles. Ceci a motivé l’étude très approfondie, toujours en cours, des mécanismes très sensibles de leur perception par les plantes !

Epilogue

SC : Dans toute votre carrière d’enseignant-chercheur, de quoi êtes-vous le plus fier ?

GB : Ma carrière est en train de se terminer, c’est le bon moment de se poser ce genre de question… Je suis assez fier d’avoir, peut-être un peu, contribué à ce qu’un plus grand nombre de personnes prennent en considération la symbiose mycorhizienne comme quelque chose d’essentiel dans la vie des plantes.

Plusieurs entreprises au Canada, en Inde, en France (Agronutrition), sans doute ailleurs maintenant, ont développé des technologies de production d’inoculum endomycorhizien directement inspirées d’un procédé de culture in vitro que j’avais mis au point durant mon doctorat. Ces entreprises font connaître et vendent des produits mycorhiziens aux agriculteurs et créent des emplois.

Encore la semaine dernière, j’ai fait une conférence à Pau devant soixante agriculteurs à la demande d’une Chambre d’Agriculture. Il y a presque quarante ans maintenant, je croisais des agriculteurs qui n’avaient jamais entendu parler de cette symbiose et de son importance agronomique potentielle. Les entreprises d’agrochimie aussi ont évolué ! J’ai été invité il y a deux ans par des responsables scientifiques de Monsanto à donner un cours de deux jours sur les mycorhizes !

Quand je vois le chemin parcouru depuis quarante ans, c’est impressionnant ! Aujourd’hui, plus aucun acteur -y compris les agronomes- n’ignore ce que sont les mycorhizes et plus généralement n’ignore la vie du sol, ce monde microbien aussi complexe que le monde céleste ! L’objectif de plus en plus partagé est de le préserver et d’exploiter tous les services écologiques qu’il rend aux cultures, à la qualité de l’air, de l’eau et même à la régulation du climat.

Puisque vous me poussez aux réflexions rétrospectives, j’ai envie de rajouter que le choix de venir à Toulouse a été un heureux recrutement dans la mesure où j’ai pu y trouver, particulièrement dans mon équipe, dans mon laboratoire, et plus largement dans la Fédération de recherche, dans le LabEx TULIP, un environnement parfait pour faire mon métier, pour développer les idées que j’avais sur la symbiose mycorhizienne.

J’ai eu beaucoup de chance d’avoir accès à des plateformes technologiques de très haut niveau, de n’avoir pas eu de limitations financières trop importantes. Il suffisait d’avoir de bonnes idées et il était presque toujours possible de les réaliser. S’agissant du temps long, je dois rendre hommage au système académique français : j’ai pu garder le même sujet de recherche pendant toute ma carrière ! Je n’ai pas eu à changer de thématique sous prétexte que mes contrats de recherche étaient terminés, qu’on me coupait les vivres, comme c’est beaucoup le cas pour les collègues américains, allemands, britanniques.

J’ai bénéficié de ce temps-là pour creuser un sillon sur le même sujet. Je pense en effet que c’est une spécificité française. Cela participe de cette liberté d’action dont je parlais tout à l’heure !

Guillaume becard - CNRS Images

Guillaume Bécard, Professeur à l’université Toulouse 3 Paul Sabatier, a été précurseur de travaux sur la biologie des champignons mycorhiziens à arbuscules. Il a été l’un des 8 chercheurs toulousains dont les travaux ont été les plus cités sur la décennie 2006- 2016[*]. Ses travaux sur cette symbiose ont notamment permis de préciser le rôle de deux familles de molécules signalétiques : les strigolactones dont il a contribué à démontrer leur activité de phytohormones végétales et les lipo-chito-oligosaccharides que nous évoquons dans cet article.

Voir aussi

[*] Ainsi qu’un autre chercheur d’un des laboratoires de la FR AIB, Jérôme Chave, EDB. (Clarivate Analytics Names 2016 Highly Cited Researchers).

[1] Thèse en microbiologie végétale, Université Laval de Québec au Canada

[2] Contrat de chercheur associé : USDA, ERRC

[3] SMCV : Signaux et Messages Cellulaires chez les Végétaux – UMR 5546 CNRS-Université Toulouse3. Deviendra le Laboratoire SCSV « Surfaces Cellulaires et Signalisation chez les Végétaux », puis LRSV « Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales ».

[4] G. Bécard : « La place des symbioses végétales en agriculture biologique ». p.22, [présentation de 28 pages en ligne/ Docplayer.fr]

[5] Source : L’être vivant dans son environnement, In "Étonnant vivant : découvertes et promesses du XXIe siècle". (2017) C. Jessus & T. Gaude (Eds.), CNRS Edition, 328 p. ISBN: 2271094032.

[6] Source : Maillet F, Poinsot V, André O, Puech-Pagès V, Haouy A, Gueunier M, Cromer L, Giraudet D, Formey D, Niebel A, Andres Martinez E, Driguez H, Bécard G, Dénarié J. (2011) Fungal lipochitooligosaccharidic symbiotic signals in arbuscular mycorrhiza. Nature, 469: 58-63.

[7] Source: Lerouge P, Roche P, Faucher C, Maillet F, Truchet G, Promé J-C, Dénarié J. (1990) Symbiotic host‐specificity of Rhizobium meliloti is determined by a sulphated and acylated glucosamine oligosaccharide signal. Nature, 344: 781‐784.

[8] Cf. Interview de Fabienne Maillet et témoignage de Patrice Lerouge à ce sujet

[9] Source : Rush TA, Puech-Pagès V, Bascaules A, Jargeat P, Maillet F, Haouy A, Maës AQ, Carrera Carriel C, Khokhani D, Keller-Pearson M, Tannous J, Cope KR, Garcia K, Maeda J, Johnson C, Kleven B, Choudhury QJ, Labbé J, Swift C, O’Malley MA, Bok JW, Cottaz J, Fort S, Poinsot V, Sussman MR, Lefort C, Nett J, Keller NP, Bécard G, Ané JM. (2020) Lipo-chitooligosaccharides as regulatory signals of fungal growth and development. Nature Communications, 11: 3897.