Les étonnants pouvoirs du microbiote végétal
Vous êtes ici
Les étonnants pouvoirs du microbiote végétal
En juin 2025, vous avez reçu la médaille d’argent du CNRS, qui récompense notamment votre contribution à la découverte et à l’étude d’un élément crucial pour les plantes : le microbiote végétal. Qu’est-ce au juste ?
Philippe Vandenkoornhuyse1 Le microbiote végétal est une partie des plantes, dont l’existence est longtemps restée insoupçonnée. C’est l’équivalent d’un autre élément dont on entend plus souvent parler dans les médias, car très important pour notre santé : le microbiote intestinal (ou flore intestinale) [6], cet ensemble de bactéries et d’autres micro-organismes qui vivent naturellement dans notre intestin, et dont le déséquilibre est associé à plusieurs maladies (obésité [7], allergies, troubles autistiques…).
Concrètement, le microbiote végétal est formé de micro-organismes assez diversifiés (bactéries [8], champignons, protistes, virus, etc.) et spécifiques des plantes. Présents chez tous les végétaux, ceux-ci sont principalement issus du sol. Certains sont recrutés dans les racines depuis la rhizosphère, la zone du sol proche des racines. Et certains d’entre eux sont ensuite transférés vers les parties aériennes : tiges, feuilles, fleurs. Une autre fraction provient de la plante mère, qui transmet directement à ses descendants une partie de son microbiote, via ses graines ou également par reproduction clonale (boutures, pousses, tubercules...). Résultat, la composition du microbiote végétal est complexe. De plus, elle varie selon l’espèce de plante et les propriétés du milieu (type de sol [9], climat, etc.).
En quoi ce microbiote est-il important pour les plantes ?
P. V. Un peu comme le microbiote intestinal des animaux, il est impliqué dans plusieurs fonctions majeures. Tout d’abord, il est crucial pour la nutrition des végétaux. En effet, le microbiote forme avec la plante hôte, qui l’héberge, des interactions mutuellement bénéfiques : elle leur fournit des glucides (sucres) produits via le processus biochimique de photosynthèse ; et les micro-organismes, eux, lui permettent de mieux capter divers nutriments dans son environnement.
Par exemple, à partir des racines, les champignons mycorhiziens produisent dans le sol un réseau de filaments, les hyphes, qui ont la propriété de capter de l’eau, des nutriments, des minéraux, et de les ramener à la plante. Certaines bactéries associées aux racines fixent le diazote atmosphérique, améliorent ainsi la croissance végétale.
Le microbiote végétal contribue aussi à la bonne santé des végétaux. En effet, certains micro-organismes les protègent de microbes pathogènes. Ceci, soit en occupant l’habitat racinaire, ce qui empêche ces microbes [13] pathogènes de s’y installer (phénomène de compétition), soit en stimulant des mécanismes de défenses des végétaux.
Enfin, le microbiote racinaire est également impliqué dans la résistance des plantes à différents stress environnementaux, tel que le stress hydrique (manque d’eau), grâce à différents mécanismes moléculaires complexes.
Vous avez contribué à la découverte de ce microbiote…
P. V. Effectivement. Je m’intéresse aux interactions entre plantes et micro-organismes depuis ma thèse, laquelle portait sur la diversité génétique des champignons mycorhiziens. Dès 2002, alors que j’étais en stage postdoctoral en Angleterre, j’ai publié un article pionnier qui montrait l’existence d’un microbiote complexe associé aux végétaux2.
Lors de ces travaux, mes collègues et moi avons examiné la diversité en champignons dans les racines de l’avoine élevée (Arrhenatherum elatius3). En analysant l’ADN extrait des racines, nous avons mis en évidence une cinquantaine de champignons différents vivant dans ces racines, dont seulement sept étaient similaires à d’autres déjà connus. Cette diversité était totalement inattendue.
Cependant, pour que la recherche sur le microbiote végétal décolle, il a fallu attendre 2012 et la parution de deux études4, l’une allemande et l’autre américaine, qui ont décrit le microbiote de la plante modèle par excellence en biologie végétale : Arabidopsis thaliana5.
La médaille d’argent du CNRS prime également votre contribution à la notion d’holobionte, un autre concept important en biologie. À quoi renvoie ce terme ?
P. V. Il définit un nouveau niveau d’organisation biologique. Dans ce concept, l’individu n’est pas l’hôte , en tant qu’entité autonome, mais l’ensemble formé par cet hôte et le microbiote qu’il héberge6. Dans un article de 20157, nous avons apporté la première réflexion sur la validité du concept d’holobionte.
Puis, en 2023, nous avons démontré expérimentalement que cette notion n’est pas qu’une simple construction intellectuelle et qu’elle correspond bien à une réalité biologique8. La preuve apportée est que même dans une plante greffée, constituée de racines venant d’un végétal et d’une partie aérienne issue d’un autre, la composition du microbiote n’est pas aléatoire. Au contraire, elle est très fortement similaire à celle de la plante dont provient le système racinaire. Ceci est la signature d’une coévolution très forte entre la plante hôte et son microbiote.
Ce concept d’holobionte constitue un changement de paradigme majeur. Pourquoi ?
P. V Parce qu’il suggère que considérer les plantes comme des entités autonomes est une erreur ! Celles-ci ne peuvent pas être isolées de leur microbiote, et vice versa, car leurs traits et leurs fonctions individuelles sont réciproquement augmentées par leurs interactions. Par exemple, la captation de nutriments et d’eau réalisée par la plante seule est accrue par certains des micro-organismes composant le microbiote, lequel réciproquement tire profit de la plante.
Considérer la plante et son microbiote comme un seul et même tout, comme le défend le concept d’holobionte, est essentiel pour améliorer notre compréhension de la biologie des plantes. Cette notion devrait aussi aider à améliorer la production des végétaux agricoles. Or l’importance de ce changement de perception n’a pas encore été pleinement prise en considération dans ce domaine. Lequel fait encore très peu de cas du microbiote végétal et de ses fonctions…
Justement, certaines de vos recherches montrent que l’agriculture conventionnelle malmène le microbiote végétal.
P. V. Oui… Depuis 2020, avec des collègues de différents organismes chinois (université agricole de Nanjing, université de Lanzhou, Académie chinoise des sciences…), nous avons commencé à établir le diagnostic des impacts de l’agriculture sur le microbiote végétal. Une importante analyse, qui a compilé les données de 150 études, a mis en évidence une forte dégradation de la diversité en micro-organismes dans les sols agricoles à l’échelle planétaire9.
Or cette altération est préoccupante : elle affecte directement la composition du microbiote des plantes cultivées, en limitant le nombre de souches de micro-organismes qu’elles peuvent recruter. Le tout, avec le risque d’accroître la vulnérabilité des plantes aux changements environnementaux – le danger de voir disparaître certains micro-organismes réduisant ces stress étant grand.
À quoi ces altérations sont-elles liées ?
P. V. À différentes pratiques de l’agriculture conventionnelle. Ainsi, l’apport d’engrais chimiques plutôt qu’organiques diminue dans le sol la quantité de carbone décomposable, dont dépend la nutrition de nombreux micro-organismes du sol. Cela induit de fortes pressions de sélections et ainsi, le risque de voir dominer des micro-organismes non bénéfiques pour la plante, au détriment des « bons »10.
Autre exemple : les fongicides, utilisés pour lutter contre les champignons pathogènes des plantes [16], occasionnent aussi des dégâts collatéraux sur les champignons bénéfiques. Toutes ces pratiques mènent à des microbiotes de moindre qualité, moins aptes à aider la plante à se développer et à rester en bonne santé. Il est donc urgent d’opérer un changement de cap.
Comment pourrait-on réaugmenter la diversité du microbiote végétal dans les sols agricoles ?
P. V. Nous avons identifié trois pistes possibles. L’une consiste à cocultiver, avec les plantes agricoles, des plantes sauvages « auxiliaires », comme pourrait l’être la véronique. Celles-ci n’ont pas été altérées dans leur capacité à interagir avec de bons micro-organismes, donc elles pourraient, par effets de voisinage (par exemple, via des contacts entre racines), véhiculer ou échanger certains des bons organismes de leur microbiote avec les plantes de cultures.
Une autre piste vise à transformer la sélection variétale, qui concernerait non plus uniquement les plantes agricoles, mais aussi le microbiote comme point important de cette sélection. Pour sélectionner les holobiontes les plus efficaces, une idée serait de placer les plantes dans des situations où elles ont absolument besoin de micro-organismes pour se développer, comme un sol pauvre en nutriments ou en eau. Cela permettrait d’obtenir des plantes très efficaces à interagir avec de bons micro-organismes.
Quid de la troisième solution ?
P. V. Elle consiste tout simplement à changer les pratiques agricoles elles-mêmes, pour mieux respecter le microbiote végétal. Par exemple, on pourrait augmenter la diversité des plantes dans les champs. Ainsi, elles n’auraient pas les mêmes besoins au même moment et, de ce fait, seraient moins dépendantes des engrais.
La prise en compte du microbiote végétal, forgé par des centaines de millions d’années de coévolution avec les plantes, est une pièce maîtresse pour améliorer les pratiques actuelles et aller vers une agriculture durable et productive. Certes, instaurer une « agriculture d’holobiontes » est un défi énorme. Mais, pour moi, cette transition sera indispensable pour l’agriculture de demain.
Consultez aussi
Dans les Deux-Sèvres, un laboratoire dans les champs [18]
Au Pérou, les petits agriculteurs en proie aux aléas climatiques [19] (blog Dialogues économiques)
Une même loi de croissance pour tous les êtres vivants ? [20] (point de vue)
- 1. Écologue, professeur à l’Université de Rennes et chercheur au laboratoire Écosystèmes, biodiversité, évolution (Ecobio, unité CNRS/Université de Rennes).
- 2. Philippe Vandenkoornhuyse et al., Science, 15 mars 2002 : https://doi.org/10.1126/science.295.5562.2051 [21]
- 3. Aussi appelée « fromental ».
- 4. Respectivement Davide Bulgarelli et al., Nature, 2 août 2012 : https://doi.org/10.1038/nature11336 ; [22] et Derek S Lundberg et al. Nature, 2 août 2012 : doi.org/10.1038/nature11237
- 5. L’arabette des dames.
- 6. Le terme « holobionte » vient du grec « holos » (tout) et « bios » (vie).
- 7. Philippe Vandenkoornhuyse et al., New Phytologist, juin 2015 : https://doi.org/10.1111/nph.13312 [23]
- 8. Marine Biget et al., iScience, 17 Février 2023 : https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106031 [24]
- 9. Qicheng Xu et al., mSystems, 14 juillet 2020 : https://doi.org/10.1128/msystems.00337-20 [25]
- 10. Qicheng Xu et al., PNAS, 16 avril 2024 : https://doi.org/10.1073/pnas.2318160121 [26]
Voir aussi
