Les bactéries bénéfiques une épée à double tranchant

La luzerne, également connue en latin sous le nom de Medicago sativa, est une culture agricole qui fait partie de la famille des légumineuses. Il est connu comme une source de nourriture riche en protéines pour les bovins laitiers qui est facilement digérée et peut entraîner une augmentation de la production de lait. C’est une bonne nouvelle si vous êtes amateur de crème glacée ou d’autres produits laitiers.

Cependant, la luzerne peut être sensible aux maladies fongiques courantes, telles que la pourriture noire printanière des tiges ou des racines, qui peuvent limiter les rendements des cultures.

Un article récent publié dans Végétaux par le biologiste végétal de l’Université du Delaware Harsh Bais et la chercheuse postdoctorale Amanda Rosier ont montré que UD1022, une bactérie bénéfique brevetée UD, peut protéger les plants de luzerne des agents pathogènes fongiques qui causent les maladies des plantes.

Le microbe breveté UD UD1022 est une souche unique de Bacillus subtilis, une bactérie naturelle et bénéfique qui vit à la surface des racines et du sol environnant, ou rhizosphère. UD1022 est connu comme un promoteur de croissance qui peut aider les plantes à s’épanouir vigoureusement. Il est également considéré comme un protecteur des plantes pour sa capacité à aider les plantes à résister à l’échelle du système lorsqu’elles sont attaquées par l’un de ces agents pathogènes microscopiques.

Rosier, l’auteur principal de l’article, savait grâce à des travaux antérieurs que l’UD1022 était bénéfique pour les légumineuses, comme les pois et les lentilles. Elle se demandait si UD1022 aiderait la luzerne à lutter contre les maladies fongiques courantes. Ainsi, elle a défié quatre agents pathogènes fongiques différents avec UD1022 en laboratoire pour voir s’il empêchait le champignon d’infecter la luzerne. Ça faisait.

Rosier a dit qu’elle pensait que c’était parce que Bacillus subtilis comme UD1022 produit une molécule connue sous le nom de surfactine, qui agit comme un antibiotique, améliorant la résistance fongique de la plante. Pour tester cette théorie, elle a retiré le gène de UD1022 qui produit cet antibiotique, puis a retesté la bactérie UD1022 modifiée et les souches de champignons. Rosier a découvert que sans le gène pour produire de la surfactine, UD1022 perdait la capacité de fonctionner comme antifongique à large spectre. D’autres expériences ont montré que les biofilms – des revêtements épais et sucrés qui aident les microbes à adhérer aux plantes – jouent également un rôle dans la capacité de l’UD1022 à supprimer les pathogènes fongiques de la luzerne chez certaines espèces.

C’est une bonne nouvelle et cela pourrait ouvrir la voie à des études supplémentaires sur les plantes et sur le terrain pour comprendre ce comportement antagoniste.

Cependant, Rosier et Bais ont découvert que tous les attributs de l’UD1022 ne sont pas universellement bénéfiques. En effet, il semble que les relations d’UD1022 puissent être compliquées, et l’assistant notoire des plantes pourrait même avoir un côté sombre.

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UD1022 vit à la surface des racines des plantes où il peut aider à favoriser la croissance des plantes. Il s’est avéré particulièrement utile pour certaines légumineuses qui interagissent avec le rhizobium, une bonne bactérie qui forme des relations particulières avec les plantes de la famille des pois et des lentilles.

Les bactéries Rhizobium vivent à l’intérieur des nodules sur les racines de la plante et fixent l’azote atmosphérique, un nutriment essentiel à la croissance des plantes qui est généralement difficile d’accès. C’est une relation symbiotique où les plantes obtiennent de l’azote pour se nourrir et les bactéries trouvent un foyer.

L’UD1022 a été licencié par BASF et incorporé dans quatre produits commerciaux déjà sur le marché et vendus aux États-Unis et au Canada. Un produit commercial réussi, appelé Nodulator Duo, est vendu et utilisé aux États-Unis et au Canada pour promouvoir la fixation de l’azote et la santé des plantes dans les pois et les lentilles.

Au plus tôt travailRosier a montré que les bactéries formant des nodules telles que le rhizobium utilisent un type de communication appelé détection de quorum, où les molécules de signalisation appellent comme des cellules de sa communauté et leur disent de coloniser les racines des plantes et d’aider à fixer l’azote.

L’équipe de recherche a émis l’hypothèse que, puisque UD1022 était connu pour être si utile dans certaines interactions lentille-rhizobium, il pourrait également bénéficier de cette association dans la luzerne en favorisant la croissance des racines et en donnant plus de surface pour la croissance du rhizobium.

« Mais quand Amanda a fait cette expérience, nous avons en fait vu un résultat négatif », a déclaré Bais. Au lieu d’aider, UD1022 a en quelque sorte nui à l’association entre la plante et le rhizobium, et les plantes ne se sont pas bien comportées. Ces travaux ont montré que l’UD1022 peut faire taire efficacement ces molécules de signalisation en interrompant cette communication.

Cela a amené Rosier à creuser un peu plus (oui, un jeu de mots sur le sol) pour analyser ces interactions bactéries-bactéries entre le rhizobium et UD1022. L’équipe de recherche savait que les bactéries rhizobium sécrètent des produits chimiques pour encourager davantage de bactéries à coloniser la racine. Lorsque Rosier a ajouté UD1022 directement à la bactérie rhizobium sans la plante, elle n’a pas pu se développer.

Dans un Méthodes végétales papier publié l’automne dernier, Rosier a décrit une méthode pour visualiser ce « quorum sensing » à l’œil nu, en utilisant un outil appelé biocapteur pour détecter ces molécules de signal de communication. Lorsque le biocapteur a détecté que des molécules de signalisation de communication étaient présentes sur une boîte de Pétri, celle-ci est devenue bleue. Plus la quantité de bleu est grande et sombre, plus il y a de signaux de communication présents. Moins de bleu signifiait moins de signaux de communication.

Lorsqu’elle a ajouté du rhizobium à la plante de luzerne, Rosier a observé une belle tache bleue à la surface des racines de la plante. Mais lorsque Rosier a réuni le rhizobium et l’UD1022, la tache bleue a presque complètement disparu. UD1022 sécrétait une molécule qui interrompait le message que la bactérie rhizobium envoyait pour apporter sa propre espèce pour coloniser les racines des plantes pour aider la plante à pousser. Cela exposait la plante à un risque accru car elle n’était pas en mesure de fixer correctement l’azote.

« Nous avons donc cette bactérie bénéfique UD1022, qui dans certains cas, peut ne pas être aussi bénéfique que nous le souhaitons, nous devons donc faire attention à la façon dont nous l’appliquons », a déclaré Rosier.

Pas une taille unique

Ensemble, les deux articles illustrent la gamme variée de réponses fonctionnelles avec des bactéries favorisant la croissance des plantes, telles que UD1022. Ce n’est pas une taille unique.

Il s’agit d’informations importantes alors que les industries agricoles s’orientent vers une large utilisation des biostimulants pour favoriser la croissance et le rendement des cultures. Des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les détails sur comment et quand appliquer ces bactéries bénéfiques sur le terrain, a déclaré Rosier. Par exemple, il est peut-être plus logique d’appliquer d’abord du rhizobium pour aider à la croissance, puis d’appliquer UD1022 plus tard pour lutter contre les ravageurs.

De plus, a déclaré Bais, comprendre la capacité de l’UD1022 à interrompre les signaux de communication chez les agents pathogènes pourrait également avoir des applications pour la santé humaine. Par exemple, les personnes atteintes de fibrose kystique sont immunodéprimées, ce qui les expose à un risque accru de contracter des bactéries nosocomiales, comme la pneumonie. La pneumonie est également une bactérie qui utilise la détection de quorum pour former des films dans les poumons, provoquant des difficultés respiratoires.

« De nombreux agents pathogènes humains utilisent la même stratégie pour provoquer une virulence ou une infection », a déclaré Bais. « Comprendre comment UD1022 coupe les molécules de signalisation responsables de la création du film pourrait fournir des indices sur de nouvelles approches de traitement pour maintenir les patients en meilleure santé. »