Quelle que soit la façon dont on dit « tomate », elles contiennent toutes de la tomatine, une toxine présente dans les fruits verts, les feuilles et les racines de la plante. Les tomates produisent un composé au goût amer – un métabolite majeur spécialisé dans les plantes sécrété par les racines – pour se défendre contre les agents pathogènes et les butineuses.
Ces métabolites fonctionnent comme des nutriments et des signaux chimiques, affectant la formation de communautés microbiennes qui influencent grandement la croissance des plantes.
Des études antérieures ont montré que les toxines organiques d’origine végétale – les saponines, comme la tomatine – altèrent la communauté microbienne autour des racines de tomates en augmentant la bactérie Sphingobium. Pourtant, ce qui restait inconnu était la façon dont les colonies de microbes dans la rhizosphère de la tomate – le sol entourant les racines – traitaient la tomate.
Aujourd’hui, un groupe de recherche dirigé par l’Université de Kyoto a révélé que le Sphingobium possède une série d’enzymes qui hydrolysent la tomatine et la détoxifient.
« Nous avons également identifié des enzymes qui convertissent la tomatidine stéroïdienne en composés plus petits et non toxiques », explique Akifumi Sugiyama de l’Institut de recherche pour une humanosphère durable de KyotoU.
« Notre découverte de ces métabolites nous aide à comprendre comment les micro-organismes du sol réagissent aux composés toxiques d’origine végétale pour habiter avec succès la rhizosphère », ajoute Masaru Nakayasu, également au RISH.
L’équipe de Sugiyama a isolé plusieurs bactéries des racines de tomates et du sol infusé de tomate et a identifié la souche bactérienne RC1, qui dégrade la tomate et l’utilise comme source de carbone.
Les analyses de séquence des gènes de RC1 ont démontré que l’expression de plusieurs gènes de la famille des glycohydrolases augmentait en présence de tomatine. Les expressions des protéines codées par les gènes de la bactérie E Coli ont confirmé leur capacité à dégrader la tomatine in vitro.
« Nous pensions que les quatre sucres liés à la tomatine se dégradaient dans un certain ordre, mais nous avons découvert que les quatre gènes correspondants SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 et SpGH3-3 agissent conjointement pour hydrolyser la tomatine en tomatidine », a noté Kyoko Takamatsu à École supérieure des sciences agricoles de KyotoU.
Les auteurs prévoient de nouveaux efforts pour développer des saponines autres que la tomatine et analysent comment les gènes dégradant la saponine affectent l’interaction entre les plantes et les communautés bactériennes de la rhizosphère.
« Étant donné que de nombreux métabolites spécialisés dans les plantes offrent des avantages pour la santé humaine, nous pouvons modifier les gènes bactériens en fonction de leurs fonctions enzymatiques pour produire de nouveaux composés bioactifs destinés aux applications humaines », a conclu Sugiyama.
L’étude est publiée dans la revue mBio.
Plus d’information:
Masaru Nakayasu et al, Le Sphingobium associé aux racines de tomate héberge des gènes permettant de cataboliser les glycoalcaloïdes stéroïdiens toxiques, mBio (2023). DOI : 10.1128/mbio.00599-23