Relier l’identité des microbes sauvages à leurs caractéristiques physiologiques et à leurs fonctions environnementales est un objectif clé pour les microbiologistes de l’environnement. Parmi les techniques qui s’efforcent d’atteindre cet objectif, le sondage des isotopes stables – SIP – est considéré comme le plus efficace pour étudier les micro-organismes actifs dans les milieux naturels.
Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont mis au point une nouvelle technique – le SIP à haut débit – qui automatise plusieurs étapes du processus de sondage des isotopes stables, permettant des enquêtes sur l’activité microbienne des micro-organismes dans des conditions réalistes, sans avoir besoin de culture en laboratoire.
Dans SIP, les microbes actifs sont identifiés via l’incorporation d’isotopes stables dans leur biomasse. C’est l’une des méthodes les plus puissantes en écologie microbienne car elle peut identifier les microbes actifs et leurs traits physiologiques (utilisation du substrat, biochimie cellulaire, métabolisme, croissance, mortalité) dans des communautés complexes dans des conditions natives.
En règle générale, la méthode SIP nécessite un travail pratique important et ne permet qu’un petit nombre d’échantillons. Mais la nouvelle technique LLNL nécessite un sixième de la quantité de travail pratique par rapport au SIP manuel et permet de traiter 16 échantillons simultanément.
« Notre approche semi-automatisée réduit le temps de l’opérateur et améliore la reproductibilité en ciblant les étapes les plus laborieuses du SIP », a déclaré Erin Nuccio, scientifique au LLNL et auteur principal d’un article paru dans la revue. Microbiote. « Nous avons maintenant utilisé cette approche pour traiter plus d’un millier d’échantillons, dont certains provenant de microhabitats de sol très peu étudiés. »
L’un de ces microhabitats est le sol entourant immédiatement les tissus des mycorhizes, un type de champignon qui forme des relations symbiotiques avec 72 % de toutes les plantes terrestres. En échange du carbone végétal, le champignon (champignons mycorhiziens à arbuscules) fournit à ses hôtes des ressources essentielles telles que l’azote, le phosphore et l’eau.
Dans cette étude de preuve de concept, les auteurs ont montré le « réseau trophique » des interactions stimulées par les champignons mycorhiziens dans le sol.
« Nous pensons qu’il s’agit d’une voie majeure pour la distribution globale du carbone végétal dans le sol. Le sol contient le plus grand réservoir de carbone organique à cycle actif sur la planète », a déclaré l’auteur co-correspondant Jennifer Pett-Ridge, qui est le chef de projet LLNL et chef de la zone d’intérêt scientifique du microbiome du sol du bureau des sciences du département de l’énergie « Les microbes persistent ». « Nous avons séquencé une infime quantité d’ADN, déterminé les organismes actifs, puis reconstruit leurs génomes et leurs interactions potentielles. »
Les autres auteurs du LLNL incluent Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin ainsi que des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, du DOE Joint Genome Institute et de l’Université de Californie à Berkeley.
Plus d’information:
Erin E. Nuccio et al, HT-SIP : un pipeline de sondage d’isotopes stables semi-automatisé identifie les interactions inter-royaumes dans l’hyphosphère des champignons mycorhiziens arbusculaires, Microbiote (2022). DOI : 10.1186/s40168-022-01391-z