Changement prévu dans l’abondance relative des PBB potentiels dans le cadre de futurs scénarios de changement climatique. Un modèle abondance relative-climat a été construit par GLM en utilisant l’abondance relative du PBB potentiel et 19 variables climatiques. Ce modèle a été utilisé pour prédire l’abondance relative future du PBB potentiel selon quatre scénarios climatiques différents. Toutes les variables climatiques ont été dérivées de WorldClim2 en utilisant une résolution de 5 min (∼10 km). Les données climatiques futures ont été dérivées de 21 GCM CMIP6 réduits différents. Le changement relatif de l’abondance relative du PBB potentiel sous différents GCM par rapport aux conditions climatiques actuelles a été moyenné. Panneau de droite : le changement latitudinal de l’abondance relative du PBB potentiel selon quatre scénarios climatiques futurs : SSP126, SSP245, SSP370 et SSP585. Crédit: Alimentation naturelle (2023). DOI : 10.1038/s43016-023-00869-9
On pense que les bactéries bénéfiques pour les plantes contribuent de manière essentielle aux cultures et à d’autres écosystèmes, mais le changement climatique pourrait réduire leur nombre, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe internationale de chercheurs. Ils ont publié leurs conclusions dans Alimentation naturelle.
La collaboration, comprenant Francisco Dini-Andreote, professeur de sciences végétales à Penn State, a caractérisé l’abondance et la répartition des bactéries bénéfiques pour les plantes (PBB) provenant des sols collectés à travers le monde. Les chercheurs ont ensuite modélisé la manière dont ces communautés microbiennes pourraient être affectées par le changement climatique dépendant des combustibles fossiles au cours du prochain siècle.
En tirant parti des données existantes du Earth Microbiome Project, les chercheurs ont identifié des microbes susceptibles de fournir des services aux plantes tels que le biocontrôle ou la limitation des impacts des agents pathogènes, la promotion de la croissance des plantes et la résistance au stress. De tels services impliquent ces bactéries en tant que composants clés des agroécosystèmes productifs, qui produisent principalement de la nourriture.
“Les plantes sont colonisées par un ensemble diversifié de microbes sur et dans leurs racines, feuilles et tiges”, a déclaré Dini-Andreote. « Ces microbiomes associés aux plantes représentent une extension de la capacité métabolique des plantes, souvent appelée « le deuxième génome des plantes ». »
Cette notion fait écho au concept d’hologénome, qui considère l’ensemble des gènes contenus par un organisme et son microbiome associé pour tirer des conclusions sur la santé et l’évolution de l’organisme. Selon les chercheurs, caractériser la biogéographie du PBB ouvre la voie à la compréhension des variables qui régissent les modèles de communauté microbienne mondiale et à la prévision de leur avenir dans un monde en évolution rapide.
Leur analyse a révélé plusieurs tendances dans la diversité des PBB, notamment des niveaux plus élevés de diversité et de richesse aux basses latitudes, avec la plus forte concentration en Amérique du Nord et en Afrique. Au total, 396 genres, dont le rang taxonomique est supérieur au niveau de l’espèce, ont été identifiés.
Les chercheurs ont découvert que les variables environnementales locales, le climat en particulier, étaient de puissants prédicteurs de la composition de la communauté PBB, exerçant probablement une forte influence sur la distribution des PBB. Cela suggère que le climat influence quelles bactéries se trouvent, où et dans quelle proportion.
Pour étudier comment les abondances et les distributions du PBB pourraient changer au cours du prochain siècle, les chercheurs ont modélisé plusieurs scénarios climatiques basés sur les projections du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.
Dans le scénario de développement des combustibles fossiles, qui suppose un triplement des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2075, le modèle prédit que les PBB associés au biocontrôle et à la résistance au stress diminueraient de 0,60 % dans 80 % des régions du monde, contre 0,07 % dans un scénario de durabilité. Dans tous les scénarios, les régions des latitudes moyennes devraient connaître un déclin constant, tandis que des augmentations du PBB sont attendues dans les régions polaires et équatoriales.
Dini-Andreote a noté que les études prédictives telles que celle-ci ont un impact considérable, mais a averti que les modèles sont limités et doivent être validés expérimentalement. Par exemple, dans des environnements contrôlés, les systèmes plantes-sol peuvent être exposés à des conditions de réchauffement ou de sécheresse, après quoi les chercheurs peuvent évaluer les changements en fonction de l’impact et de l’adaptation des communautés de PBB par rapport aux témoins.
En d’autres termes, des expérimentations sont nécessaires pour savoir comment le PBB sera affecté par le stress lié au climat et quels niveaux de déclin du PBB auront un impact critique sur la santé des plantes.
En plus d’éclairer la recherche sur l’écologie communautaire, les chercheurs ont déclaré qu’ils espèrent stimuler l’innovation agricole et les applications pour une sécurité alimentaire accrue. Mais il est peu probable que ces innovations incluent des probiotiques du sol pour restaurer la diminution du PBB.
Dini-Andreote a déclaré que ces bioinoculants peuvent souvent présenter plusieurs inconvénients, comme nécessiter une application continue. De plus, seule une petite fraction, environ 5 à 10 %, des microbes du sol peut être cultivée, ce qui limite le développement de probiotiques à spectre complet.
Dini-Andreote a proposé une alternative.
“En faisant progresser notre compréhension de la façon dont ces PBB distincts survivent en association avec les plantes, par exemple dans la rhizosphère végétale, nous pouvons développer des stratégies pour concevoir des cultures afin de produire des composés qui nourrissent ces microbes bénéfiques”, a déclaré Dini-Andreote.
Grâce à cette approche, suggèrent les chercheurs, les plantes pourraient recruter des bactéries bénéfiques sans avoir besoin d’un apport externe de probiotiques. Les impacts potentiels d’applications comme celle-ci sont incalculables, a déclaré Dini-Andreote, mais soulignent l’importance d’explorer la frontière en évolution rapide des microbiomes.
“Nous espérons que cet article servira de catalyseur à des études plus empiriques sur les PBB”, a déclaré Dini-Andreote.
Seth Bordenstein, directeur du One Health Microbiome Center et professeur de biologie et d’entomologie titulaire de la chaire Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck en sciences du microbiome, a fait écho à ce sentiment et a salué le travail.
« Cette recherche de haut niveau témoigne des recherches percutantes et originales du Dr Dini-Andreote sur les interactions plantes-microbes dans un contexte One Health, couvrant la santé des sols, des plantes et de l’homme », a déclaré Bordenstein. “Sa vision des études sur l’hologénome des plantes et de leur intégration avec des données environnementales et géographiques mondiales ne stimule pas seulement les connaissances au niveau des manuels scolaires, mais elle sonne également l’alarme sur les défis de durabilité fondés sur des preuves.”
Plus d’information:
Pengfa Li et al., Des scénarios dépendants des combustibles fossiles pourraient conduire à un déclin significatif de l’abondance mondiale des bactéries bénéfiques pour les plantes dans les sols d’ici 2100, Alimentation naturelle (2023). DOI : 10.1038/s43016-023-00869-9
Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie
Citation: Des chercheurs prédisent une réduction des microbes végétaux bénéfiques induite par le changement climatique (21 novembre 2023) récupéré le 21 novembre 2023 sur
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