Des chercheurs ont mis en évidence des combinaisons plantes-bactéries susceptibles d’améliorer la sécurité alimentaire
Dans un avenir proche, les associations plantes-microbes qui fonctionnent sur la base d’un avantage réciproque pourraient être intégrées aux cultures afin d’obtenir des génotypes de plantes à haute performance. Les populations microbiennes devraient en effet permettre d’améliorer l’efficacité des nutriments et contribuer à réduire les besoins d’application d’engrais. Actuellement, notre compréhension précise des transformations biochimiques et des échanges qui ont lieu entre plantes et microbes reste relativement limitée. Nous ne savons pas clairement quelles sont les espèces les plus efficaces pour renforcer la croissance des plantes et l’absorption des nutriments. Il est cependant prouvé que, en fonction de leur génotype, les plantes disposent de capacités variables pouvant avoir une influence sur l’étroit espace au sol directement affecté par les sécrétions des racines et connu sous le nom de rhizosphère. Financé par une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie et mis en place dans le cadre de Horizon 2020, le projet PINBAC s’est attaché à combler ces lacunes dans les connaissances scientifiques en examinant les échanges de nutriments entre plantes et microbes au sein de la rhizosphère en recourant à des techniques protéomiques et métabolomiques de pointe intégrées à une modélisation métabolique. Une nouvelle approche pour étudier les interactions entre plantes et microbes Les chercheurs ont montré que les données protéomiques quantitatives, soit l’étude des protéines à grande échelle, peuvent être appliquées avec succès à des souches bactériennes de la rhizosphère diverses d’un point de vue taxonomique. «Nous sommes également parvenus à intégrer des données phénotypiques et protéomiques sur la croissance à des modèles informatiques du métabolisme des bactéries», explique le coordinateur du projet, le Dr Stanislav Kopriva, titulaire d’une bourse Marie Curie. Le projet a également permis de découvrir qu’une souche de pseudomonas de la rhizosphère affichait des preuves de flexibilité métabolique via une remodélisation protéomique à grande échelle en réaction à différentes sources d’azote organique. Par ailleurs, les chercheurs ont mis au point une méthodologie novatrice de chromatographie en phase liquide-spectrométrie de masse permettant d’étudier les échange de nutriments entre les plantes et les microbes. Cette approche exométabolomique, connue également sous le nom de «empreinte métabolique», leur a permis d’étudier des métabolites extracellulaires spécifiques et d’examiner dans quelle mesure les souches microbiennes différaient quant à leurs profils de consommation de substrat. Selon le Dr Kopriva: «Nous avons testé avec succès une approche exométabolomique combinée à la protéomique et à la modélisation.» Les résultats de ces travaux ont été publiés dans Molecular Plant-Microbe Interactions. Grâce à l’étude protéomique du métabolisme de l’azote, PINBAC a apporté de nouvelles connaissances approfondies du métabolisme microbien de l’azote dans la rhizosphère. À paraître sous peu, le Dr Richard Jacoby et le Dr Kopriva ont également déterminé les voies métaboliques utilisées par plusieurs souches bactériennes de la rhizosphère pour métaboliser les sources organiques d’azote. Une étude de l’interaction entre les plantes et les bactéries associées aux racines mettant en évidence la nutrition minérale des plantes a été publiée dans Frontiers in Plant Science «The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition—Current Knowledge and Future Directions» et résume l’état actuel des connaissances dans plusieurs domaines de recherche, qui pourraient converger pour améliorer notre compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent la composition des microbiomes rhizosphèriques et de leur dynamique. Croissance des plantes et stimulation de l'efficacité des nutriments PINBAC a également mis en évidence un ensemble de voies métaboliques et de protéines impliquées dans les échanges de nutriments entre plantes et microbes. «Les gènes liés à ces protéines peuvent potentiellement être un objectif des futures approches d'amélioration génétique des cultures destinées à accroître la sélection de souches microbiennes cibles dans le microbiome de la plante, ou encore dans le cadre des approches d'ingénierie de la rhizosphère dont le but est de manipuler le microbiome afin de soutenir la croissance des végétaux et d’utiliser les ressources de manière plus efficace», commente le Dr Kopriva. Les approches méthodologiques développées au cours du projet auront des impacts positifs potentiels sur les études européennes futures dont l’objectif sera de générer des informations mécanistiques sur les interactions métaboliques ayant lieu au niveau de l’interface plante-microbe. Le Dr Kopriva conclut: «Les résultats de PINBAC peuvent par conséquent contribuer à soutenir le développement de pratiques agricoles dont l’objectif revient à diminuer le recours aux engrais minéraux et à améliorer la durabilité de l’agriculture.»
Mots‑clés
PINBAC, plante, métabolique, azote (N), rhizosphère, soufre (S), protéomique, génotype, exométabolomique, adhésion
