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Ces plantes qui élèvent leurs bactéries

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Ces plantes qui ont domestiqué les bactéries.

 

Pour leur croissance, toutes les plantes ont besoin de lumière, de gaz carbonique, d’eau et de nutriments. Si la lumière et l’air sont des ressources ultra-abondantes et faciles d’accès, les nutriments, eux, sont puisés dans le sol qui n’en détient qu’un stock limité.

Parmi ces éléments indispensables : l’azote.

Cette exploitation - la ferme du Moulon - est le lieu d'une expérimentation agricole dont le but est de déterminer la quantité optimale d’azote à fournir à un champ de blé.

 

ITV Didier Tropée, technicien de recherche

C’est une plante qui a été bien nourrie, et il y a une plante qui a souffert. Celle là c’est une plante qui a eu de l’azote, celle là n’a pas eu assez d’azote parce qu’on l’a pas approché avec l’épandeur d’engrais. Automatiquement, elle est plus pâle, plus maigrichonne. Là on voit qu’il commence à y avoir un épis, alors que là il va falloir chercher un moment.

 

Les céréales comme le blé ou le maïs souffrent de l’absence d’engrais azotés. Et ces engrais, ajoutés en excès, polluent les sols et les cours d’eau. D’autres plantes en revanche, peuvent bien s’en passer. À l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule, au Sud-Ouest de Paris, les chercheurs étudient les légumineuses - des plantes qui ont développé une stratégie astucieuse, pour puiser l’azote… de l’atmosphère.

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Donc historiquement on travaille plutôt sur des luzernes, mais plus récemment on introduit d’autres modèles comme le pois, et encore plus récemment, des eschinoménés, qui sont des plantes tropicales.

 

En cas de carence, ces légumineuses n’attendent pas que les agriculteurs leur apporte l’azote nécessaire à leur développement ; elles ont trouvés d’autres fournisseurs : les bactéries.

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Donc les plantes légumineuses arrivent à pousser sans engrais azotés dans la mesure où les bactéries du sol avec lesquelles elles s’associent lors de ce processus symbiotique vont être capables de métaboliser l’azote atmosphérique, donc 78% de ce qu’on respire, et de fixer cet azote et le transférer à la plante. Or les plantes ne sont pas capables, seules, de métaboliser l’azote atmosphérique. Donc ces légumineuses ont trouvé, par l’intermédiaire de ces bactéries, un accès privilégié à une quantité énorme d’azote qui est inutilisable pour les autres plantes.

 

Les légumineuses fonctionnent toutes selon le même schéma. Lorsque le sol est pauvre, la plante va émettre des signaux au niveau de ses racines. Elle va attirer des rhizobia, ces fameuses bactéries capables de fixer l’azote atmosphérique. 

Après un court dialogue chimique entre la plante et le rhizobium, le processus d’infection des racines va démarrer et la légumineuse va même jusqu’à créer des organes spécifiques pour l’accueillir….

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Ces organes on les appelle les nodosités et au sein de ces nodosités, les bactéries vont être hébergés à l’intérieur des tissus végétaux et vont fixer l’azote atmosphérique et le transférer sous forme fixée à la plante et en échange, la plante va faire bénéficier la bactérie de substrats carbonés qui sont issus de la photosynthèse.

 

En contrepartie de cet azote, la plante fournit donc du carbone. La transaction se fait dans les nodosité - et C’est en étudiant cette zone d’échange, que les chercheurs ont pu déterminer que tous les rhizobia n’étaient pas égaux.

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Ici on voit bien qu’à partir de plantes qui sont de la même variété, même espèce, même variété, le fait d’inoculer par deux types de bactéries différentes – on voit bien qu’il y a un effet de cette interaction qui est tout à fait différent. Dans un cas, la symbiose est efficace, on voit que la plante a un bénéfice très net à interagir puisqu’elle se développe nettement mieux ; elle forme beaucoup plus de biomasse alors qu’ici, dans le cadre d’une interaction qui fonctionne nettement moins bien, qui est beaucoup moins efficace, on voit ici que cette souche bactérienne n’a pas permis à la plante de se développer de façon tout à fait harmonieuse.

 

Mais nous sommes dans un contexte de laboratoire, les chercheurs ont imposé le fournisseur d'azote à la plante. Mais dans des conditions plus naturelles, c’est une autre histoire - pas de monopole par une souche bactérienne - la plante fait jouer la concurrence.

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Les plantes sont capables de contrôler une partie de cette interaction et notamment de contrôler le retour sur investissement vis à vis du carbone donné et de l’azote récupéré donc Donc les plantes sont capables de discriminer entre des bactéries très efficaces des bactéries peu efficaces voire pas efficaces du tout – et en fonction de ça elles vont pouvoir appliquer des sanctions pour sanctionner les tricheurs et ne pas sanctionner les coopérateurs qui donnent le maximum d’azote.

 

Ce marché de l’azote et du carbone n’est pas aussi libre qu’il ne le paraît ; une fois que la plante a sélectionnée sa souche bactérienne productive, la relation bascule alors vers une forme de domestication, voire d’élevage. La plante va produire des protéines qui vont transformer les bactéries en machines à fournir de l’azote. Travailler plus, sans forcément gagner plus.

 

ITV Benoit Alunni, biologiste

Ces bactéries ont une certaine forme, une certaine taille dans la nature, et quand on les trouve à l’intérieur des plantes, elles vont avoir complètement changé de forme, elles vont s’allonger, elles vont augmenter leur contenu en ADN. Et ça ce sont des mécanismes extrêmement fondamentaux en biologie qu’on étudie à savoir comment la plante force la bactérie à changer de forme et à changer complètement de métabolisme pour passer d’une bactérie qui vit dans le sol et qui mange toutes sortes de choses et produit toutes sortes de choses à une bactérie qui va devenir quasiment mono-tâche sur fixer de l’azote, fixer de l’azote, fixer de l’azote et être aussi efficaces possibles sur la fixation de l’azote.

 

Ces protéines qui permettent aux plantes de dominer les bactéries ont déjà été isolées à des fins thérapeutiques pour les humains - 

La recherche sur cette symbiose complexe laisse également présager un avenir, où davantage d'azote dans l'agriculture viendra de l'air plutôt que des engrais. 

Ces plantes qui élèvent leurs bactéries

08.03.2016

Pour croître, les plantes ont besoin de nutriments qu’elles puisent dans le sol, et notamment d’azote. Les légumineuses, auxquelles l’ONU consacre une année internationale en 2016, usent pour cela d'une stratégie astucieuse : elles s’associent avec des bactéries qui métabolisent pour elles l’azote de l’atmosphère. Ce phénomène intéresse de près les chercheurs qui envisagent de s’en inspirer pour mettre au point des applications thérapeutiques ou encore pour utiliser l’azote atmosphérique dans l’agriculture.

À propos de cette vidéo
Titre original :
Ces plantes qui élèvent des bactéries
Année de production :
2016
Durée :
5 min 30
Réalisateur :
Juliette Lacharnay et Nicolas Baker
Producteur :
CNRS Images
Intervenant(s) :
Didier Tropée
Ferme du Moulon
INRA

Benoit Alunni
Théophile Kazmierczak
Institute for Integrative Biology of the Cell (I2BC)
CNRS / CEA / Université Paris Sud
Journaliste(s) :

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