FabaceEs-Rhizobium : La mise en place de la symbiose

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Auteure : Romina Seyed (Professeure relais, MNHN)
Relecture : Alyssa Carré Mlouka (Maître de conférences, MNHN)

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Résumé : La mise en place de la symbiose entre une Fabacée et des bactéries Rhizobium est permise par un dialogue moléculaire entre ces deux partenaires. Ce dialogue aboutit à la production de facteurs Nod par les bactéries. Ils permettent l'infection et induisent la formation de nodules. Les facteurs Nod sont commercialisés pour favoriser la formation de nodosités dans les cultures de Fabacées.

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La formation de la nodosité implique deux principaux processus : l’infection de la plante par les bactéries Rhizobium et l’organogenèse nodulaire, résumés dans la Figure 1.

Figure 1. Formation de la nodosité © MNHN

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Un dialogue moléculaire entre la plante et les bactéries induit la nodulation

L’existence de signaux chimiques induisant la nodulation a été mise en évidence pour la première fois en 19901.

Les racines des Fabacées sécrètent dans le sol des flavonoïdes, qui attirent des bactéries Rhizobium. Ils se fixent sur des facteurs de régulation issus de l’expression constitutive du gène nod D des bactéries, ce qui induit l’expression d’autres gènes nod. Ces gènes codent des enzymes qui catalysent la synthèse de facteurs Nod, indispensables à l’établissement de la symbiose (Figure 2). Ceux-ci déclenchent notamment :

  • la déformation des poils absorbants des racines,
  • la pénétration des bactéries au niveau des poils absorbants déformés,
  • la formation d’un cordon d’infection transférant les bactéries dans les cellules corticales,
  • des divisions corticales à l’origine de la nodulation.

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Figure 2. Synthèse des facteurs Nod © MNHN

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Les facteurs Nod sont spécifiques de l’hôte

Les facteurs Nod sont différents selon les espèces de Rhizobium. Ils sont tous constitués d’un squelette invariable, lipo-chito-oligosaccharidique. Celui-ci est synthétisé par des enzymes issues de l’expression des gènes nod A, B et C, présents chez tous les Rhizobium. En effet, leur inactivation provoque une perte complète de la capacité à infecter et à déclencher l’organogenèse nodulaire des plantes hôtes. Sur ce squelette se greffent des ornements (sulfate, méthyle..., Figure 3). Ces décorations variables selon les espèces sont synthétisées par des enzymes codées par les gènes nod  hsn (host specific nodulation), dont certaines mutations provoquent une modification de leur spécificité d'hôte.

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.Figure 3. Structure des facteurs Nod © MNHN

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Les facteurs Nod sont utilisés en agronomie

Peu de temps après leur découverte, l’effet des facteurs Nod a été testé dans les cultures de Fabacées. Leur ajout dans les cultures de jeunes luzernes stimule la formation de nodosités. Le traitement de graines de soja, arachides, luzerne et pois, avec des souches de Rhizobium auxquelles on ajoute des facteurs Nod purifiés augmente significativement la biomasse des plantes2 (Tableau  1). Ces résultats prometteurs ont abouti à leur commercialisation. Ces produits, biodégradables et utilisés à hauteur d’un dixième de milligramme par hectare contribuent à une agriculture durable.

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Tableau 1. Effet de souches de Rhizobium associées à des facteurs Nod sur le rendement de plantes. L’amélioration du rendement agricole s’explique par une augmentation de la biomasse des plantes, par rapport aux plantes non traitées

Soja Pois Luzerne Arachide
Augmentation du rendement 10,7% 9,3% 14,9% 10,9%
Nombre d'échantillons 32 24 6 29

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Bibliographie :

  1. Lerouge, P., Roche, P., Faucher, C., Maillet, F., Truchet, G., Promé, J. C., & Dénarié, J. Lerouge, P. Symbiotic host-specificity of Rhizobium meliloti is determined by a sulphated and acylated glucosamine oligosaccharide signal. Nature 344, 781–784 (1990).
  2. Saint Ges V. Facteurs Nod et Myc : des molécules signal aux champs pour un gain de productivité des cultures. INRA (2014).

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Sur le même thème :

"Les nodosités et les propriétés émergentes de la symbiose".

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Last modified: Friday, 20 December 2019, 2:46 PM