Adaptation des symbioses aux Contraintes Edaphiques extrêmes (ACE)

Principaux résultats

Date de mise à jour : 5 mai 2015

L’équipe étudie la diversité et l’adaptation des symbioses plantes-microorganismes à la contrainte édaphique extrême en zone tropicale. En termes de développement au Sud, il s’agit de valoriser ces symbioses dans les stratégies de restauration écologique des écosystèmes dégradés par l’activité minière.

Les sols ultramafiques, de part leur caractéristiques physico-chimiques extrêmes (métaux, faible teneur en éléments nutritifs, ...), imposent une contrainte particulièrement importante à la croissance et au développement des plantes, ainsi qu’aux microorganismes qui leur sont associés.

Structuration génétique et adaptation des populations du champignon ectomycorhizien Pisolithus albus et de bactéries issues des sols ultramafiques de Nouvelle-Calédonie

L’étude de la structuration de la diversité génétique des populations par AFLP et de la tolérance au nickel d’isolats de P. albus récoltés sur sols ultramafiques et sols volcano-sédimentaires a permis de montrer une structure des populations en fonction de leur origine édaphique. En particuliers, nous avons observé une population hétérogène sur sols ultramafiques  avec 55 % d’isolats tolérants au nickel et 45 % d’isolats sensibles (Jourand et al. 2010a).

De même la diversité et l’adaptation à la contrainte édaphique ultramafique des populations bactériennes rhizosphériques isolées de Costularia (famille des cyperacées) plantes pionnières des maquis miniers de Nouvelle-Calédonie a pu être démontrée (Lagrange 2009 ; Gonin et al. 2013)

Rôle de ces microorganismes symbiotiques dans l’adaptation des plantes à la contrainte édaphique ultramafique

La présence de la symbiose ectomycorhizienne effective entre des P. albus (hypertolérants au nickel) et les plantes hôtes (Myrtaceae) contribue à améliorer la croissance de la plante, sa tolérance aux concentrations toxiques de nickel, et l’exsudation de molécules riches en thiols libres et d’acide oxalique complexant le nickel (Jourand et al. 2010b).

L’inoculation d’isolats de P. albus issus de sols ultramafiques a été  réalisée  sur 2 plantes modèles : la légumineuse Acacia spirorbis et la myrtacée Eucalyptus globulus, cultivées sur substrat ultramafique. Les plantes inoculées ont présenté un taux de mycorhization moyen de 7% avec une amélioration de croissance en comparaison au témoin non inoculé. La présence du champignon a permis d’améliorer la nutrition en éléments minéraux majeurs (P,  K et Ca), de réduire la toxicité des métaux (Fe, Ni, Cr, Co et Mn). De plus, il a été montré que la plante répond physiologiquement par exsudation de molécules chélatrices des métaux (acides organiques) quand elle se développe sur le substrat ultramafique, mais que cette réponse est modulée quand la symbiose ectomycorhizienne est active, confirmant ainsi le rôle protecteur de la symbiose face à la contrainte édaphique extrêmes (métaux) (Jourand et al. 2014).

Caractérisation des déterminants moléculaires et de mécanismes physiologiques de la tolérance au nickel du champignon ectomycorhizein Pisolithus albus 

Des analyses du transcriptome de P. albus (écotype ultramafique hypertolérant au nickel) en présence et en absence de nickel par pyroséquençage 454 ont permis de monter que 30 % du génome est modulé par le nickel.  Des gènes candidats ont été sélectionnés comme marqueurs de la tolérance au nickel et Leur niveau d’expression a été analysé par qPCR. Ces gènes sont exclusivement exprimés dans les souches de P. albus tolérantes au nickel ainsi que dans leur mycélium et les mycorhizes prélevées in situ (Majorel et al. 2012).

De plus, il a été démontré la capacité du champignon à faiblement accumuler du nickel dans ses tissus  grâce à des mécanismes d’efflux. L’expression de 3 gènes sélectionnés dans le transcriptome de P. albus et support de ce mécanisme d’efflux a été confirmée dans le mycélium comme dans les mycorrhizes prélevés in situ. Ils codent des protéines transporteur de métal de type P-ATPase, MFS et ABC transporteur. L’expression de ces gènes dans la levure lui a conféré une tolérance significative au nickel (+ 31 % Ni EC50) (Majorel et al. 2014).

Date de mise à jour : 5 mai 2015

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