Un sol salé sensibilise les plantes à un mode non conventionnel de toxicité bactérienne

Une étude collaborative entre des chercheurs de l'Institut Max Planck de recherche sur la sélection végétale et de l'Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée a montré comment un seul métabolite peut rendre les bactéries toxiques pour les plantes dans des conditions de forte teneur en sel.

Leurs conclusions, publiées dans Communications naturelles peut avoir des implications importantes pour l’agriculture et la santé des plantes dans un contexte de changement climatique.

Le changement climatique, et en particulier la hausse des températures, exercera une forte pression sur la croissance des plantes et aura presque certainement un impact sur la production végétale. Une conséquence évidente d’un climat plus chaud est que les plantes des champs nécessiteront davantage d’irrigation. Cependant, plus d'arrosage entraîne également plus de salinité, car les sels nutritifs s'accumulent ainsi dans les sols agricoles.

Le changement climatique affectera également la santé des plantes en raison de ses effets sur les communautés composées de nombreux micro-organismes qui vivent en association étroite avec les plantes hôtes. Ces communautés rendent les plantes plus résistantes aux conditions stressantes et aux microbes pathogènes.

Ainsi, l’inoculation de communautés bactériennes définies comme probiotiques constitue une stratégie intéressante pour préserver la santé des plantes. Cependant, pour garantir l’efficacité de ces inocula, il est nécessaire de comprendre comment les bactéries et les plantes interagissent dans différentes conditions.

Grâce à des expériences précédentes, l'auteur co-correspondant Stéphane Hacquard, basé à l'Institut Max Planck de recherche sur la sélection végétale à Cologne, en Allemagne, et ses collègues savaient qu'environ 95 % des bactéries présentes dans le microbiote végétal sont soit neutres, soit bénéfiques. Interactions individuelles avec les plants de cresson.

Un petit nombre, cependant, sont nuisibles lorsqu'ils sont cultivés avec des plantes dans des conditions de laboratoire, parmi lesquels Pseudomonas brassicacearum R401, une bactérie Gram-négative présente dans le sol et qui est un membre dominant du microbiote végétal.

Étonnamment, lorsque cette bactérie a été cultivée avec des plantes dans des conditions naturelles du sol, aucune maladie n’a été observée. Cela suggère que la bactérie nécessite des conditions spécifiques pour provoquer des maladies sur les plantes cultivées dans le sol.

Certains rapports antérieurs avaient montré que le stress salin pouvait faciliter l’infection bactérienne des plantes. En effet, lorsque les scientifiques ont appliqué du sel, ils ont constaté que la croissance des plantes était affectée négativement par la présence de la souche R401.

De nombreuses bactéries à Gram négatif provoquent la virulence en injectant des protéines pathogènes directement dans le cytoplasme de la cellule hôte. Cependant, l’inspection du génome R401 n’a révélé aucun gène codant pour cet appareil d’injection. En outre, de nombreuses bactéries pathogènes se multiplient sur leur plante hôte et déploient des stratégies pour atténuer les réponses immunitaires des plantes. Encore une fois, le R401 ne faisait aucune de ces choses.

Pour comprendre comment la souche R401 provoque des maladies chez les plantes cultivées dans le sol et confrontées au stress salin, Hacquard et son groupe se sont associés au groupe de produits naturels de Till Schäberle de l'Université Justus-Liebig et à l'Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée à Giessen. .

Ensemble, les chercheurs ont identifié des gènes présentant des similitudes avec des gènes de bactéries apparentées codant pour des métabolites phytotoxiques. Ils ont isolé le métabolite prédit, qu’ils ont appelé brassicapeptine, et ont muté l’un des gènes essentiels nécessaires à sa synthèse. Cette mutation était suffisante pour transformer R401 en une bactérie bénéfique pour les plantes.

Étonnamment, une fois qu’ils ont eu le composé en main, les scientifiques ont pu montrer que la brassicapeptine est, à elle seule, suffisante pour provoquer des maladies des plantes en cas de forte teneur en sel. De plus, la brassicapeptine était non seulement toxique pour les plants de cresson, mais également pour les plants de tomates soumis à un stress salin, ainsi que pour d'autres microbes.

Les chercheurs ont pu montrer que la molécule, composée d'une queue d'acide gras liée à des acides aminés, peut former des pores dans les membranes végétales. Cela pourrait expliquer pourquoi la toxicité de la molécule devient apparente lorsque les plantes sont confrontées à un stress salin.

Schäberle est enthousiasmé par les possibilités offertes par cette étude pour améliorer la santé des cultures. “Il est important que nous en apprenions davantage sur la façon dont les produits naturels produits par les microbes influencent la physiologie des plantes. Cela nous permettra de concevoir des produits biologiques efficaces pour la protection des cultures.”

Hacquard a trouvé remarquable qu '«une seule molécule bactérienne puisse à la fois sensibiliser les plantes au stress osmotique, favoriser la capacité bactérienne à coloniser les racines et empêcher la croissance de concurrents bactériens et fongiques».