Un champignon symbiotique aide les plantes en cas de sécheresse

Autrefois Mr Hyde, aujourd’hui Dr Jekill: un champignon symbiotique a perdu au cours de l’évolution certains gènes, dont l’activité pouvait nuire à la plante-hôte, afin de vivre en communauté avec elle. Mieux encore: il aide la plante à résister aux sécheresses. C’est ce qu’a révélé la première analyse du génome de Cenococcum geophilum, qu’une équipe a déchiffré sous la direction de l’Institut fédéral de recherches WSL et de l’Institut national de la recherche agronomique en France.

C. geophilum est ce que l’on appelle un champignon mycorhizien, qui vit en symbiose avec des arbres en forêt. Les filaments du mycélium poussent dans le sol ainsi que dans et autour des extrémités de racines des arbres, et les aident par ce fin réseau à prélever les nutriments et l’eau dans le sol. Les champignons mycorhiziens comprennent des champignons comestibles bien connus comme le bolet, la girolle et la truffe.

C. geophilum est l’un des champignons mycorhiziens les plus fréquents dans les zones arctiques, tempérées et subtropicales, surtout dans les habitats extrêmes. Les extrémités des racines du champignon sont renforcées par de la mélanine, ce colorant sombre qui teinte également les cheveux humains, et résistent plus longtemps à la sécheresse que les autres espèces de mycorhizes. Ces mycorhizes sont donc étonnamment nombreuses, surtout lorsque le sol est très sec. D’après les auteurs de l’étude, cela indique le rôle important de C. geophilum pour la résistance à la sécheresse des arbres qui l’accueillent.

En collaboration avec le Joint Genome Institute (JGI) et d’autres instituts de recherche, les scientifiques du WSL et de l’Institut national français de recherche agronomique (Inra) à Nancy, partenaires dans le projet de coopération NFZ.forestnet, ont déchiffré le patrimoine génétique de ce champignon. Ils ont ensuite comparé le génome et ses produits avec 60 génomes de champignons déjà déchiffrés, et ont découvert des détails étonnants, comme le rapporte aujourd’hui l’équipe de chercheurs dans la revue spécialisée Nature Communications.

Le champignon crée de nombreux canaux hydriques

Deux des trois gènes de C.geophilum les plus fortement activés dans la symbiose servent à la fabrication de canaux hydriques à travers les membranes de cellules, les aquaporines. En cas de sécheresse, le champignon modifie considérablement la production de ces canaux, ce qui joue vraisemblablement un rôle important pour l’adaptation des arbres hôtes à la sécheresse. Les scientifiques ont trouvé par ailleurs de nombreux gènes qui sont activés en symbiose et fabriquent des protéines signaux, véritables messagers pour la communication entre l’arbre et le champignon.

Mais par ailleurs, le champignon a perdu des centaines de gènes suite à son étroite alliance avec les arbres. C. geophilum est le seul champignon symbiotique dans une large classe qui comprend de nombreuses souches responsables de maladies végétales. Ainsi, C. geophilum a perdu la plupart des gènes qui fabriquent des enzymes permettant de décomposer les parois des cellules des plantes, afin d’en tirer du carbone. C’est pourtant une capacité importante pour les agents infectieux, mais aussi pour les champignons qui décomposent la matière organique morte dans le sol. Mais C. geophilum évite ainsi que l’arbre hôte n’active ses défenses pour le repousser. Sans ces enzymes, il tombe sous la dépendance de l’arbre qui lui fournit du carbone sous la forme de sucre.

Des symbioses entre champignons et arbres se sont maintes fois développées de manière indépendante dans l’évolution, et pourtant les génomes des différents champignons mycorhiziens présentent des ressemblances frappantes. On retrouve les mêmes adaptations au style de vie symbiotique de C. geophilum chez des champignons dont les ancêtres communs datent de plus de 100 millions d’années.

Les auteurs soulignent que la génomique, en combinaison avec les études physiologiques et écologiques, peut mettre à jour de nouvelles relations intéressantes – par exemple la manière dont les communautés mycorhiziennes, les grands processus dans le sol et la production de biomasse en forêt sont liés les uns aux autres. De telles connaissances pourraient aider par exemple à sélectionner des souches résistantes à la sécheresse de C. geophilum et à assister ainsi les arbres hôtes dans les régions où la sécheresse progresse.

Dr. Francis Martin
UMR Interactions Arbres/Micro-organismes
Département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Centre Inra de Nancy, Frankreich
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fmartin(at)nancy.inra.fr