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Le plus ancien champignon symbiotique des plantes livre ses secrets

by Frédéric Magné - published on

Un consortium international impliquant des chercheurs du Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (UPS/CNRS) a séquencé et décrypté le génome du plus ancien partenaire symbiotique des plantes. Cette avancée permet de mieux comprendre la formation d’une symbiose entre plantes et champignons, dont le rôle écologique est considérable. Les connaissances acquises sur ce génome devraient faciliter l’utilisation de cette symbiose en agroécologie.

On sait aujourd’hui que l’association symbiotique mycorhizienne entre plantes et champignons est une règle quasi-générale et qu’elle est indispensable à l’établissement et à la pérennité des écosystèmes naturels, de même qu’à leur productivité.


Symbiose entre le champignon Rhizophagus irregularis et des racines de carotte © G. Bécard / LRSV
 

A quoi sert une symbiose ?

A l’extérieur de la racine, les filaments mycéliens du champignon symbiotique explorent le sol et y exploitent les ressources minérales solubles pour le compte de la plante. En échange de ces éléments, la plante alimente son partenaire symbiotique en sucres simples, tel que le glucose, afin de pourvoir à ses besoins énergétiques. Dans la racine, les filaments mycéliens pénètrent dans les cellules de l’hôte pour y former une structure membranaire extrêmement digitée, l’arbuscule. Ce dernier est un site d’échanges intenses entre les deux partenaires : sucre contre phosphore.

Le plus ancien champignon symbiotique

Rhizophagus irregularis est le champignon mycorhizien le plus célèbre, car son ancêtre est supposé avoir permis aux plantes de coloniser le milieu terrestre il y a 400 millions d’années. C’est la plus vieille symbiose terrestre qui a permis aux plantes de quitter les océans en les aidant à tolérer la sécheresse et à absorber les éléments minéraux nécessaires à leur croissance. Des champignons primitifs ressemblant aux champignons symbiotiques mycorhiziens à arbuscules d’aujourd’hui, les Gloméromycètes, forment alors une association à bénéfices mutuels avec ces plantes ancestrales dépourvues de racines.

Son génome décrypté

Grâce à une collaboration internationale de plus de 10 ans, les chercheurs de plusieurs laboratoires ont décrypté la quasi-totalité du génome du Gloméromycète Rhizophagus irregularis. L’étude de ce champignon apporte des informations nouvelles sur les mécanismes génétiques nécessaires à la mise en place d’une symbiose mycorhizienne équilibrée profitant aux deux partenaires. Elle révèle que ce champignon endomycorhizien a perdu toutes les enzymes permettant de dégrader la lignine et la cellulose accumulées dans le sol ; il dépend totalement de sa plante-hôte pour subvenir à ses besoins en sucres et énergie ; c’est un symbiote obligatoire. En contrepartie, il dispose d’un incroyable répertoire de gènes de communication et de signalisation utilisé afin de dialoguer avec ses différentes plantes hôtes. Il possède également un système d’absorption et de transport des éléments minéraux très efficace.

La durée du projet s’explique notamment par la difficulté à cultiver ce champignon, incapable de croître en culture pure. Les chercheurs du LRSV ont ainsi fortement contribué à la réalisation de ce programme de recherche en fournissant au consortium :

- l’ADN génomique pour le séquençage (matériel biologique multiplié au sein de la PME toulousaine Agronutrition S.A.)
- les données du transcriptome permettant la définition des modèles de gènes (séquençages réalisés à la Génopôle Toulouse Midi-Pyrénées).

Publiés dans la revue PNAS, ces travaux s’inscrivent dans un programme ambitieux visant à caractériser les centaines de microbes bactériens et fongiques d’un arbre modèle, le peuplier. Avec la découverte récente des "facteurs Myc" impliqués dans le dialogue entre Rhizophagus et ses plantes hôtes, ces travaux de génomique améliorent nos connaissances sur une symbiose employée comme engrais vert en agroécologie.

 Référence

"The genome of an arbuscular mycorrhizal fungus provides insights into the oldest plant symbiosis", Emilie Tisserant et al, PNAS, 25 novembre 2013

Contact chercheur

Christophe Roux

Laboratoire de recherche en sciences végétales (LRSV)
Tél : 05 34 32 38 04
Mél : roux@lrsv.ups-tlse.fr