Des chercheurs de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes de Potsdam ont découvert ce qui se passe exactement lors d'une symbiose lorsque la plante produit des hormones de stress. Leurs recherches pourraient contribuer à un nouveau type d’agriculture dans lequel les plantes et les champignons sont considérés ensemble.
Directement sous nos pieds, caché sous terre, existe un réseau complexe de relations : presque toutes les plantes vivent en étroite symbiose avec les champignons. Ces champignons ne forment pas de fructifications classiques que nous connaissons dans les forêts et que nous aimons dans certains cas manger. Ils forment un réseau largement ramifié de fils fins, également appelés hyphes, qui traversent le sol. Dans seulement un centimètre cube de sol, les hyphes fongiques peuvent atteindre une longueur d’environ 100 mètres. Alors que de nombreux champignons décomposent les matières mortes dans le sol, il existe des espèces spécialisées qui vivent en étroite collaboration avec les plantes et dépendent des produits de la photosynthèse des plantes vivantes. En retour, ils fournissent aux plantes de l’eau et des nutriments minéraux. Ce système d’échange existe depuis des centaines de millions d’années et est essentiel pour de nombreuses plantes terrestres.
La mycorhize arbusculaire est une forme particulièrement étroite de symbiose où la plante permet aux hyphes du champignon d'accéder librement à ses racines et même à ses cellules. Au cours de l'évolution, elle est devenue l'une des interactions les plus intimes entre les organismes vivants. Ce partenariat étroit entre plantes et champignons, qui permet l'échange d'eau et de nutriments, est inscrit dans leur code génétique. Cependant, dans certaines conditions, les plantes rejettent la symbiose avec les champignons.
La professeure Caroline Gutjahr et son équipe de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes de Potsdam étudient ce qui se passe exactement dans les racines d'une plante lorsqu'elle entre ou rejette une symbiose avec un champignon. Leur constat : les hormones jouent également un rôle important chez les plantes lorsqu’il s’agit d’établir un partenariat. « Nous savons depuis environ 40 ans que l’hormone végétale gazeuse éthylène, produite par les plantes soumises à un stress tel qu’une inondation, inhibe la symbiose entre les plantes et les champignons », explique Gutjahr. « Nous connaissons désormais les processus qui se déroulent dans les plantes et la manière dont les différentes hormones végétales interagissent. Nous savons enfin ce qui se passe lorsque les plantes décident pour ou contre ce partenariat par la production d'éthylène. »
Les expériences menées par les deux premiers auteurs, Debatosh Das et Kartikye Varshney, ont montré que, contrairement à la croyance populaire, l’éthylène ne déclenche pas de défense du système immunitaire de la plante contre le champignon. Au lieu de cela, l’hormone végétale stimule l’accumulation d’une protéine de contrôle centrale appelée SMAX1. Cela est capable de supprimer un certain nombre de gènes végétaux responsables du développement de la symbiose. Lorsque les conditions environnementales ne sont pas adaptées, la plante produit une hormone qui inhibe ses gènes symbiotiques. Le développement de la symbiose est réduit ou n’est plus autorisé. Si les conditions changent, d’autres hormones prennent le dessus sur la protéine de contrôle, initient sa dégradation et réactivent ainsi les gènes de symbiose. L'usine est ouverte au partenariat.
En collaboration avec l'équipe de David C. Nelson à l'UC Riverside en Californie, les auteurs ont également pu montrer que l'éthylène favorise l'accumulation de SMAX1 même chez les plantes qui ont perdu la capacité de former des relations symbiotiques avec les champignons. L’importance de cette découverte s’étend au-delà de la symbiose plante-champignon. Il sera passionnant d’explorer le rôle de ce phénomène en dehors de la symbiose à l’avenir.
Une compréhension de la manière dont les plantes régulent la symbiose avec les champignons dans des conditions de stress pourrait fournir des informations sur la manière de sélectionner spécifiquement des cultures qui forment des partenariats bénéfiques avec les champignons, même dans des conditions de stress ou climatiques changeantes. À l’avenir, ces connaissances pourraient par exemple contribuer à fournir aux plantes suffisamment d’eau et de nutriments et à garantir les récoltes même dans de nouvelles conditions climatiques.
publication originale
Debatosh Das, Kartikye Varshney, Satoshi Ogawa, Salar Torabi, Regine Hüttl, David C. Nelson et Caroline Gutjahr
L'éthylène favorise l'accumulation de SMAX1 pour inhiber la symbiose mycorhizienne arbusculaire
Nature Communications, 27 février 2025
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