Une nouvelle étude a révélé comment les plantes et les bactéries échangent des gènes pour améliorer la santé et le développement des plantes.
L’équipe a découvert 75 gènes transférés entre des plantes petites et à croissance rapide (Arabidopsis thaliana) et leurs compagnons bactériens, influençant des processus clés tels que le métabolisme des glucides et la synthèse des hormones. Cette découverte non seulement approfondit notre compréhension de la biologie des plantes, mais ouvre également des possibilités passionnantes pour améliorer la résilience et la productivité des cultures grâce à des biotechnologies avancées.
L’étude, dirigée par le Dr Asaf Levy de l’Institute of Environmental Science de l’Université hébraïque, en partenariat avec le Dr Yulia Fridman, le Dr Hitaishi Khandal et le Prof. Sigal Savaldi-Goldstein de la Faculté de Biologie du Technion-Israel Institute of Technology, révèle un transfert horizontal de gènes qui pourrait révolutionner notre compréhension de la biologie des plantes et des bactéries ainsi que les pratiques agricoles.
Les plantes dépendent d’une communauté complexe de bactéries essentielles à leur santé et leur développement. L’équipe de recherche a émis l’hypothèse et confirmé que la relation étroite et de longue date entre les plantes et leur microbiote facilite le rare phénomène de transfert horizontal de gènes, où les gènes sont transférés directement entre différentes espèces.
Dans une nouvelle découverte, le Dr Levy et son équipe ont identifié 75 gènes uniques transférés horizontalement entre Arabidopsis thaliana, une plante modèle couramment étudiée, et des bactéries. Les plantes ont acquis 59 gènes des bactéries et les bactéries ont acquis au moins 16 gènes des plantes au cours de l’évolution.
Ces gènes améliorent principalement le métabolisme des glucides et la biosynthèse des auxines, essentiels à la régulation de la croissance des plantes et aux réponses immunitaires. Par exemple, un groupe particulier de bactéries, les Streptomyces, a acquis des plantes un gène leur permettant de décomposer la chitine, un composé répandu chez les insectes et les champignons. De plus, l’étude a identifié 111 gènes transférés entre bactéries et eucaryotes en général (pas nécessairement des plantes).
De plus, l’étude a validé ces résultats en démontrant qu’un gène bactérien du phylum des Actinobactéries, lorsqu’il est exprimé dans Arabidopsis, corrige les défauts de croissance associés à la mutation du gène DET2 de la plante. Le gène DET2 est essentiel à la synthèse d’une hormone végétale appelée Brassinostéroïde, cruciale pour la croissance et le développement des plantes. Une plante dépourvue du gène DET2 est une plante naine. Cependant, en exprimant le gène bactérien homologue DET2 dans les plantes, les chercheurs ont pu obtenir une plante de taille normale, montrant que les deux gènes ont la même fonction.
“Cette étude met en lumière les complexités des interactions plante-microbe et nous avons été surpris de voir que des gènes ont été acquis par des organismes aussi éloignés dans l’arbre de la vie, tels que les bactéries et les plantes. Un gène bactérien acquis par une plante doit subir des modifications pour être actif dans les cellules végétales. Il sera intéressant d’étudier les mécanismes par lesquels les gènes sont acquis et évoluent. L’étude ouvre de nouvelles voies pour des applications biotechnologiques en agriculture”, a déclaré le Dr Levy. “Comprendre et exploiter ces transferts de gènes pourrait mener à des stratégies innovantes pour améliorer la résilience et la productivité des cultures si nous comprenons pourquoi et comment certains gènes ont été transférés. Il est également intrigant de savoir si les bactéries échangent des gènes avec d’autres organismes, comme les animaux, y compris les humains.”
Avec les défis croissants auxquels fait face l’agriculture mondiale en raison du changement climatique et de la croissance démographique, des innovations qui améliorent la résilience et la productivité des cultures sont indispensables .
Selon les prévisions, les avancées dans les interactions plante-microbe pourraient potentiellement augmenter la production alimentaire mondiale de manière significative, répondant ainsi à la demande croissante de sécurité alimentaire. Actuellement, le secteur agricole dépense des milliards chaque année pour lutter contre les maladies des plantes et les stress environnementaux.