Première collection complète de bactéries végétales

Aucun organisme ne vit de manière autonome. Les plantes non plus. Sur leurs feuilles et leurs racines vivent des communautés complexes de différentes espèces de bactéries. Tout comme la flore intestinale naturelle aide l'homme à digérer les aliments et le protège des micro-organismes pathogènes, les micro-organismes jouent probablement un r?le énorme dans la croissance et la santé des plantes.

Des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Institut Max Planck pour la recherche sur la sélection végétale à Cologne ont désormais inventorié et cultivé une grande partie des espèces de bactéries vivant naturellement sur une espèce végétale donnée. Les chercheurs ont mené leurs recherches sur le lamier. (Arabidopsis thaliana) une plante modèle de la science. Les résultats de ce travail viennent d'être publiés dans la revue spécialisée Nature.

Pour la première fois, les chercheurs ont constitué une collection complète des souches bactériennes de cette espèce végétale. Ils ont isolé près de 10 000 souches bactériennes et en ont sélectionné 432 pour des études plus approfondies. "Nous avons été surpris de constater que plus de la moitié des espèces détectées par la biologie moléculaire pouvaient également être cultivées en laboratoire", explique Daniel Müller, doctorant dans le groupe de la professeure de l'ETH Julia Vorholt et l'un des premiers auteurs de l'étude. Jusqu'à présent, les scientifiques partaient du principe qu'environ un pour cent des microorganismes présents naturellement pouvaient se développer dans des conditions de laboratoire. "Nous avons réfuté cette hypothèse dans cette étude", explique Müller.

Une colonisation bactérienne constante

Dans leur étude, les chercheurs ont trouvé de grandes similitudes entre les communautés microbiennes des feuilles et des racines de l'amarante des champs : près de la moitié des cent espèces de bactéries différentes présentes sur les feuilles et dans les racines sont les mêmes. Il est possible que la majorité des bactéries des racines et des feuilles proviennent à l'origine de la communauté extraordinairement diversifiée des bactéries du sol, et que les feuilles de la plante annuelle soient colonisées par des micro-organismes du sol pendant la croissance.

Les différences entre les différents sites en Suisse et en Allemagne où les chercheurs ont récolté des plantes sauvages sont également minimes. "Nous avons trouvé la majorité des espèces présentes sur tous les sites. Tout porte à croire qu'il existe des mécanismes conservés qui font que certaines bactéries peuvent se développer sur les plantes et d'autres non", explique Julia Vorholt, professeure de microbiologie à l'ETH Zurich. Elle a dirigé l'étude avec Paul Schulze-Lefert, directeur de l'Institut Max-Planck pour la recherche sur la sélection végétale.

Prérequis pour les expériences en laboratoire

L'étude du microbiome végétal est une science encore relativement jeune. Jusqu'à présent, les chercheurs ont surtout travaillé de manière descriptive. En créant une collection de bactéries avec des souches représentatives, les scientifiques de Zurich et de Cologne peuvent désormais aller plus loin : "Gr?ce à ces isolats de bactéries, nous pouvons désormais reproduire en laboratoire les processus de la nature, afin de réaliser ensuite des expériences ciblées et dans des conditions contr?lées", explique Müller. Pour ce faire, les chercheurs cultivent les bactéries sur des plantes exemptes de germes. Lors des premières expériences de recolonisation en laboratoire, un équilibre de bactéries similaire à celui de la nature s'est établi sur les plantes. "Les expériences étaient reproductibles. Cela signifie que nos cultures de bactéries et notre approche sont adaptées à ce type d'expériences", explique Vorholt.

A l'avenir, les chercheurs pourraient par exemple analyser de cette manière le r?le des différentes bactéries dans la croissance et la sensibilité aux agents pathogènes ou étudier si le microbiome se modifie dans des conditions de stress telles que la sécheresse ou un rayonnement solaire intense. De telles expériences seraient difficiles à réaliser à l'extérieur, car elles seraient trop fortement influencées par les conditions environnementales fluctuantes.

La microflore aide les plantes

Les scientifiques ont déjà trouvé des indices montrant que les nutriments sont plus facilement disponibles pour les plantes et que les plantes poussent plus rapidement lorsqu'elles sont colonisées par certains micro-organismes. En outre, il existe des indices selon lesquels les germes pathogènes s'établissent moins bien sur une plante lorsque certaines bactéries sont présentes sur la plante.

Comprendre cette protection naturelle des plantes, entretenue par le microbiome des plantes, n'est pas seulement une question qui a commencé à intéresser les chercheurs des universités ces dernières années. Les entreprises de semences et de protection des plantes sont également actives dans ce domaine de recherche, avec pour objectif de pouvoir proposer à l'avenir des produits phytosanitaires microbiens naturels.

La professeure de l'ETH Vorholt a re?u en juin un Advanced Grant du Conseil européen de la recherche ERC. "Gr?ce à ce soutien et à notre nouvelle collection de bactéries, nous voulons étudier à long terme l'interaction entre les plantes et les bactéries qui y vivent", explique-t-elle.