Le microbiome de la rhizosphère peut façonner et contrôler l'exsudation des racines de manière systémique

Les racines sont des organes végétaux, qui absorbent généralement l'eau et les minéraux du sol. Il est moins connu que les racines sécrètent également des métabolites, les exsudats dits de racine, qui ont un impact sur les propriétés du sol directement autour de la racine. Cette mince couche de sol s'appelle la rhizosphère et abrite une riche diversité microbienne, le microbiote racinaire. En produisant certains exsudats, les plantes communiquent avec et gouvernent la vie microbienne au sein de leur rhizosphère pour leur propre bénéfice. Maintenant, les chercheurs ont découvert qu'il ne s'agit pas d'un processus à sens unique. En étudiant les plants de tomates, ils ont découvert que le microbiote peut également façonner et contrôler l'exsudation des racines de manière systémique.

Quand on pense aux points chauds écologiques, les racines et la terre qui les entoure pourraient ne pas venir immédiatement à l'esprit. Cependant, précisément cette région, la rhizosphère, est considéré comme l'un des écosystèmes les plus complexes de la planète. Il abrite une communauté microbiotique diversifiée, comprenant de nombreuses bactéries, champignons et archées, s'épanouir dans un environnement riche en composés biochimiques, exsudées par les racines des plantes au cœur de la rhizosphère.

Les plantes gouvernent le microbiote de la rhizosphère et façonnent les propriétés physiques et chimiques du sol grâce à leurs exsudats racinaires. À la fois, il est bien connu que les racines détectent les changements dans la rhizosphère et déclenchent des réponses systémiques pour se défendre contre les agents pathogènes ou pour s'adapter aux changements dans la disponibilité des nutriments. Néanmoins, il y a encore beaucoup de questions ouvertes concernant la dynamique et l'impact du microbiote sur la racine elle-même, et il n'était pas clair comment, ou pas du tout, le microbiote de la rhizosphère affecte l'exsudation racinaire. Une équipe de recherche internationale dirigée par le Dr Elisa Korenblum, un scientifique du Weizmann Institute of Science en Israël en collaboration avec le Dr Jedrzej Szymanski du Leibniz Institute IPK à Gatersleben, s'est récemment penché sur cette question en étudiant les racines des plants de tomates.

Le Dr Korenblum et son équipe ont mené et analysé une série d'expériences sur les racines fendues, où la moitié des racines de chaque plante a été exposée à un sol riche en microbiome, et l'autre moitié a été cultivée dans des conditions stériles et biochimiquement ambiantes. Cela leur a permis d'étudier l'effet de différentes communautés microbiennes sur le système racinaire local, ainsi que les changements systémiques dans les racines éloignées en prévision de la présence de nouveaux micro-organismes. Dr Szymanski, responsable du groupe Analyse et Modélisation des Réseaux, ont retracé le réseau complexe de signaux biochimiques et d'expression génique contrôlant cette communication microbiome-racine et leur propagation depuis le lieu d'origine jusqu'à des racines éloignées. Ils ont ainsi découvert que le microbiome de la rhizosphère de la tomate peut affecter directement la composition chimique des racines et des exsudats racinaires via un mécanisme de signalisation systémique de racine à racine. Par exemple, les bactéries du genre Bacillus utilisent ce procédé, que les scientifiques ont appelé l'exsudation racinaire systémique des métabolites (SIREM), pour déclencher la sécrétion de sucres acyliques dans tout le système racinaire.

La découverte de SIREM est une première étape vers le démêlage du réseau de régulation couvrant la relation complexe racine-microbienne des plantes. Il est probable que le processus SIREM soit une caractéristique clé des interactions racines-microbiote au sein de la rhizosphère, et que l'exsudation systémique des racines reprogrammée par le microbiome favorise le conditionnement du sol. L'étendue précise du rôle régulateur et de l'incidence du SIREM reste à déterminer.

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