Les micro-organismes qui vivent sur ou dans les tissus végétaux forment ce que l’on appelle un microbiome végétal. Cette interface joue un rôle important dans la survie des plantes grâce à l’existence de micro-organismes bénéfiques. Les plantes cultivées dans des environnements distincts peuvent avoir des microbiomes similaires ou changer au fil du temps en fonction de facteurs environnementaux. Cette communauté microbienne complexe s’assemble et change en échangeant des signaux entre l’hôte et les microbes.
Dans une étude récente, les chercheurs ont rassemblé et filtré une grande quantité de données en utilisant une combinaison d’approches informatiques pour identifier de nouveaux mécanismes. Ils ont ensuite utilisé des expériences pour valider ces mécanismes. Cette exploration de données a conduit à la découverte d’un mécanisme de transport de l’hôte et d’un signal chimique qui influence la colonisation bactérienne bénéfique des racines des plantes.
La recherche est publié dans la revue Biologie actuelle.
Dans l’arbre de vie, les microbiomes se rassemblent grâce à un dialogue complexe entre les plantes hôtes et leurs partenaires microbiens. Cette recherche enrichit les connaissances scientifiques sur ces dialogues. L’étude a mis en évidence le rôle unique de la manière dont les plantes hôtes transportent une molécule qui influence la façon dont les microbes colonisent les microbiomes.
Le travail a utilisé une approche expérimentale pour filtrer de grands ensembles de données. Cette approche améliorera la capacité des chercheurs à identifier de nouveaux signaux chimiques. Comprendre les molécules de signalisation impliquées dans la colonisation croissante par des microbes bénéfiques aidera les scientifiques à examiner de nouvelles façons d’aider les plantes à résister aux agents pathogènes et à réduire les effets du stress environnemental.
Pour pouvoir identifier les taxons microbiens dans n’importe quel ensemble de données de séquence, les chercheurs ont construit des profils kmer à partir de chaque génome séquencé accessible au public. En utilisant ces profils kmer avec leur base de code ParaKraken sur le superordinateur Summit du laboratoire national d’Oak Ridge, ils ont analysé les données de séquençage méta-transcriptomique des tissus des feuilles et du xylème d’environ 500 génotypes de Populus trichocarpa cultivés dans un jardin commun.
Cette approche a permis aux chercheurs de détecter des milliers d’espèces de microbes vivant dans ces tissus végétaux. Ils ont utilisé l’abondance de chaque espèce comme phénotype pour une étude d’association à l’échelle du génome afin de déterminer quels gènes végétaux étaient susceptibles d’affecter la colonisation de chaque espèce microbienne. Cela a abouti à une vision riche des processus utilisés par la plante hôte pour sélectionner des espèces microbiennes spécifiques dans son microbiome.
Les chercheurs ont découvert que deux espèces microbiennes différentes étaient toutes deux affectées par les deux transporteurs de myo-inositol dans les tissus du xylème (tige) de la plante. Pour approfondir cette découverte, ils ont utilisé l’espèce végétale modèle Arabidopsis thaliana (une petite moutarde). Ils ont utilisé des lignées existantes d’Arabidopsis dans lesquelles ces transporteurs de myo-inositol avaient été supprimés et ont mesuré les niveaux de colonisation des racines des plantules d’Arabidopsis dans les lignées knock-out par rapport à un contrôle contenant les gènes dans un test en laboratoire où les plantules ont été cultivées sur gélose. assiettes.
Ils ont constaté que les lignées d’Arabidopsis sans transporteurs de myo-inositol présentaient des niveaux de colonisation considérablement réduits. De plus, les niveaux de colonisation ont été rétablis lorsque les chercheurs ont ajouté du myo-inositol au milieu de croissance dans les plaques de gélose. Ils ont découvert que la colonisation bactérienne est contrôlée par les mêmes gènes dans les tissus des tiges des arbres cultivés en plein champ et dans les racines des semis de moutarde cultivés en laboratoire.
Cette découverte remarquable souligne la forte conservation de ce mécanisme dans des types de plantes très différents. Les chercheurs ont en outre étudié le mode d’action du myo-inositol, connu pour être une molécule de signalisation interne chez les plantes. Étonnamment, ils ont découvert que l’inactivation de gènes dans la cascade de signalisation des plantes n’affectait pas les niveaux de colonisation des racines d’Arabidopsis.
Le myo-inositol est un type de sucre que certaines bactéries peuvent utiliser comme source de nourriture. Les chercheurs ont donc supprimé la voie catabolique du myo-inositol chez les bactéries et ont découvert que cela n’affectait pas non plus la colonisation. Cependant, les chercheurs ont découvert que le myo-inositol affectait de manière significative la motilité (capacité de nage) de la bactérie. Ainsi, il semble que les plantes utilisent le myo-inositol dans un rôle qui n’a jamais été étudié auparavant, notamment en tant que molécule de signalisation inter-royaumes. La plante semble ainsi pomper le myo-inositol hors de ses tissus pour inciter des bactéries spécifiques à nager vers les racines des plantes et à les coloniser.
Cette recherche a découvert et confirmé le rôle conservé du transport du métabolite végétal myo-inositol en tant que molécule de signalisation dérivée des eucaryotes pour moduler les activités microbiennes.
Plus d’information:
Bridget S. O’Banion et al, Le transport du myo-inositol végétal influence les phénotypes de colonisation bactérienne, Biologie actuelle (2023). DOI : 10.1016/j.cub.2023.06.057