L’idée traditionnelle de la symbiose – interactions à long terme entre deux organismes – est que les participants s’enrichissent mutuellement. Cependant, les chercheurs se sont demandé si les intérêts des symbiotes correspondent toujours aux hôtes qu’ils habitent, ou si les gènes qui profitent aux symbiotes pourraient se faire au détriment de leurs hôtes. Une nouvelle étude étudie cette question à travers le séquençage génomique et l’infection des plantes hôtes avec leurs symbiotes microbiens.
« Il est devenu évident que la santé des cultures et notre propre santé sont régies par les microbes avec lesquels nous interagissons. Dans l’agriculture, par exemple, il y a un grand mouvement pour essayer de concevoir des microbes pour rendre les plantes plus heureuses », a déclaré Katy Heath (IGOH), une professeur agrégé de biologie végétale. « Notre approche est un peu différente car nous pouvons mesurer toutes les variations génomiques dans une population naturelle de symbiotes qui interagissent avec leur hôte depuis longtemps pour voir ce que font les gènes dans la nature. »
« Il y a cette idée que les microbes qui interagissent avec les humains ou les plantes sont automatiquement bénéfiques car ils vivent avec eux depuis longtemps », a déclaré Rebecca Batstone, ancienne boursière postdoctorale à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique. « Cependant, de nombreux travaux ont montré que les intérêts des symbiotes ne s’alignent pas toujours sur ceux de l’hôte qu’ils habitent. Nous voulions demander, au niveau génomique, quel est le degré d’alignement entre les hôtes et les symbiotes par rapport à combien conflit. »
Dans leur étude, les chercheurs ont examiné 191 souches naturelles du symbiote microbien Sinorhizobium meliloti, associées à son hôte Medicago truncatula, une plante ressemblant à un trèfle originaire de la région méditerranéenne. Le microbe réside dans les nodules racinaires de la plante et lui fournit de l’azote. Le groupe a associé chaque souche microbienne à une plante individuelle et a également utilisé un mélange de différentes souches et infecté la même plante, une situation de concurrence qui se produit souvent dans la nature.
« Dans nos expériences, nous avons mesuré à quel point la plante se comporte avec la souche microbienne particulière », a déclaré Batstone. « En plus de mesurer la croissance des plantes, nous avons également examiné la forme microbienne en comptant le nombre de nodules remplis de ces microbes et en mesurant la taille des nodules. »
Les chercheurs ont également séquencé les génomes des souches microbiennes et, à l’aide d’une technique appelée association à l’échelle du génome, ils ont pu comparer les gènes bactériens associés à la croissance des plantes.
« S’il existe une association, par exemple un gène d’intérêt est fortement associé à la croissance des plantes, cela indique que le gène pourrait être important pour contrôler ce trait », a déclaré Batstone.
Lorsqu’ils ont comparé le nombre de gènes symbiotes alignés avec l’intérêt de l’hôte, les chercheurs ont découvert que près de 80 % des gènes qu’ils ont identifiés semblaient être associés à l’alignement.
« Dans des environnements compétitifs, on peut s’attendre à ce qu’il y ait un découplage entre les intérêts de l’hôte et des symbiotes, car les symbiotes sont également en concurrence les uns avec les autres », a déclaré Batstone. « C’est un résultat frappant car il montre que même si les symbiotes n’évoluent pas pour profiter à leurs hôtes, cela paie souvent pour qu’ils soient bénéfiques. »
Bien qu’ils aient travaillé avec plus de 2000 plantes, le groupe aimerait examiner plus d’hôtes pour voir si cette tendance est toujours vraie avec un plus grand échantillon de types de plantes. Ils aimeraient également tester ces interactions dans différentes conditions environnementales.
« Nous avons tout fait dans des conditions de faible teneur en azote parce que les plantes obtiennent de l’azote de leurs symbiotes. Vous pouvez imaginer que si vous ajoutez de l’azote au système, vous verrez peut-être plus de conflits », a déclaré Batstone.
Rebecca T. Batstone et al, Signatures phénotypiques et génomiques de la coopération et des conflits interspécifiques dans les isolats naturels d’un symbiote de plante modèle, Actes de la Royal Society B: Sciences biologiques (2022). DOI : 10.1098/rspb.2022.0477