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Jun 10, 2023

Le nombre de nodulations tempère l’importance relative des processus stochastiques dans l’assemblage des racines de soja

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 89 (2023) Citer cet article 2 Détails d'Altmetric Metrics Identifier les forces écologiques qui structurent les communautés microbiennes associées aux racines est un

ISME Communications volume 3, Numéro d'article : 89 (2023) Citer cet article

2 Altmétrique

Détails des métriques

Identifier les forces écologiques qui structurent les communautés microbiennes associées aux racines est une étape essentielle vers une agriculture plus durable. Les légumineuses sont largement utilisées comme plantes modèles pour étudier les forces de sélection et leur fonctionnement dans les interactions plante-microbienne en raison de leur capacité à établir un mutualisme avec les rhizobiums. Les nodules racinaires agissent comme des organes symbiotiques pour optimiser la balance coûts-bénéfices dans cette relation mutualiste en modulant le nombre de nodules. Cependant, on ne sait pas si le nombre de nodules est lié à la structure des communautés bactériennes associées aux racines. Ici, les communautés bactériennes associées aux racines du soja cultivé dans un sol indigène au moyen de cultivars de soja présentant une nodulation super ou normale ont été étudiées à travers quatre stades de développement. Nous avons comparé les processus écologiques entre les communautés et avons constaté une diminution de l'importance relative des processus neutres pour le soja super-nodulant, bien que les structures globales ressemblaient à celles du soja à nodulation normale. Nous avons identifié les principales populations bactériennes généralistes dans chaque compartiment associé aux racines, qui sont partagées entre les niches associées aux racines et qui persistent tout au long des stades de développement. Au sein des principales espèces bactériennes, les abondances relatives des espèces bactériennes dans le microbiome de la rhizosphère étaient liées aux traits fonctionnels de la plante hôte et peuvent être utilisées pour prédire ces traits à partir de microbes à l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique. Ces résultats élargissent la compréhension globale des forces écologiques et des associations de microbiotes dans divers compartiments associés aux racines et fournissent de nouvelles informations pour intégrer les microbiomes végétaux bénéfiques dans la production agricole afin d'améliorer les performances des plantes.

Le microbiome végétal fait partie intégrante de « l’holobionte » de la plante, qui a coévolué avec son hôte et affecte profondément les caractéristiques de la plante [1]. Néanmoins, il existe un manque de compréhension fondamentale des forces écologiques qui structurent ces communautés et il est nécessaire d’identifier de manière globale les modèles et les principes qui façonnent le microbiome. Comme généralement admis, on pense que les processus déterministes et stochastiques façonnent la composition de la communauté microbienne [2]. Les microbiomes associés aux plantes commencent à se former peu de temps après le semis et se développent avec la croissance des plantes à travers quatre processus éco-évolutifs : la dérive écologique, la spéciation/diversification, la dispersion et la sélection [3, 4]. La spéciation et la dispersion peuvent être à la fois stochastiques et déterministes, tandis que la dérive écologique et la sélection sont respectivement clairement stochastiques et déterministes. Les contributions relatives des processus stochastiques et déterministes et la manière dont ils coopèrent pour réguler l’établissement des communautés restent des questions cruciales.

Il convient de noter que pour de nombreuses légumineuses, la symbiose des nodules racinaires définit une interaction plante-microbe spécifique où la colonisation rhizobienne s'initie dans les poils absorbants via des fils d'infection transcellulaires (5, 6). Cela complique le modèle d'assemblage de la communauté [7,8,9,10]. Les légumineuses, contrairement à la plupart des plantes terrestres, peuvent développer des nodules racinaires pour faire face à la présence de leurs partenaires bactériens. La formation de ces organes racinaires latéraux de novo héberge les microsymbiotes à l'intérieur de leurs cellules hôtes et fournit un moyen de contrôler le mutualisme entre les microbes et les légumineuses (11, 12). Au cours du développement des nodules, les cellules corticales qui divisent les bactéries endosymbiotiques confinées dans les nodules racinaires, avec la cascade de signaux induite par les bactéries et l'autorégulation de la nodulation contrôlée par l'hôte (AON), contrôlent avec précision le nombre de nodules et optimisent le rapport coût-bénéfice de la relation mutualiste. 13,14,15]. Le trouble de l'autorégulation de la nodulation conduit souvent à un nombre anormal de nodules. Les perturbations des relations mutualistes ne se limitent pas aux légumineuses hôtes et peuvent également affecter la composition connue des communautés bactériennes associées aux racines et déterminer leur répartition, ce qui peut étendre son influence à d'autres cultures en culture intercalaire ou en rotation avec des légumineuses [7, 8]. Ces informations sont importantes pour comprendre l’évolution symbiotique des légumineuses et concevoir la fixation biologique symbiotique de l’azote (BNF) dans les plantes non légumineuses afin d’incorporer ces interactions binaires spécialisées dans le contexte d’une communauté écologique.