Contributeurs: Albin Teulet, Wayebi, Vincent Bonhomme

 français   Dernière modification le: 04/04/17 - Crée le: 31/03/17


Bradyrhizobium, ou l'amitié à grands coups de pied

par Albin Teulet

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Contributeurs : Albin Teulet, Vincent Bonhomme, Wayebi · Éditeur : Vincent Bonhomme (d · c · b)
Date création : 31 mars 2017 · Date révision : ?date_rev · Version révision : ?id_rev
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Les amis de mes amis sont mes amis ... ?
Certaines légumineuses du genre Aeschynomene s'étonnent du contraire.

Replaçons tout cela dans son contexte

Les plantes de la famille des légumineuses ont une particularité extraordinaire. Alors qu'une plante lambda puiserait dans le sol son azote, un élément dont elle a besoin, les légumineuses cèdent ce travail à de bonnes bactéries présentes autour de leurs racines, les rhizobiums.
Ces rhizobiums ont la capacité unique de pouvoir prendre l'azote disponible dans l'atmosphère, et de le donner à la légumineuse. En échange de l'azote reçu, la légumineuse offre le gite et le couvert aux rhizobiums, à l'intérieur des cellules d'un nouvel organe racinaire : le nodule. Chacun y trouve son compte.
Cette collaboration entre légumineuses et rhizobiums porte un nom : c'est la symbiose fixatrice d'azote.

Mais quel est donc le secret de cette amitié ?

La communication !
Prenons un exemple, celui du bradyrhizobium ORS3257 et d'une légumineuse bien connue, le soja.
Chez les plantes, les molécules prennent la place des mots. Le dialogue débute avec le soja, qui envoie des flavonoïdes dans le sol, un "bonjour" amical. Ces molécules sont reconnues par ORS3257, qui répond à son tour par la sécrétion d'autres molécules, les facteurs Nod [1]. Si ces facteurs Nod sont correctement reconnus par le soja, ou pour faire simple, si la réponse de ORS3257 est correct, les portes s'ouvrent : la symbiose peut commencer. Le soja commence alors la construction des nodules sur ses racines, qui hébergeront par la suite ORS3257. À l'intérieur des cellules du nodule, le soja nourrira ORS3257, qui en retour lui fournira l'azote tant convoité; une belle amitié.

Que se passe-t-il en cas de refus ?

Si cette capacité est répandu chez les légumineuses, un petit nombre d'entre elles ne reconnait pas les facteurs Nod. Le dialogue est alors rompu, la légumineuse refuse l'accès à la bonne bactérie. La symbiose est impossible.
C'est le cas de certaines légumineuses tropicales du genre Aeschynomene [2] [3]

Pourtant, ORS3257 a trouvé un moyen de contourner ce problème
Lorsque les portes de la légumineuse Aeschynomene indica restent fermées, ORS3257 les ouvre, à grands coups de pied !
Pour cela, cette bactérie fabrique et utilise un outil de taille : le système de sécrétion de type III. Ce système, comparable à une seringue, injecte des toxines dans les cellules pour modifier leur fonctionnement. Cette méthode est utilisée par beaucoup de bactéries pathogènes pour entrer illégalement dans des organismes vivants, et pour s'y installer à leur dépend[4].
En injectant ces toxines grâce à son système de sécrétion de type III, ORS3257 entre de force dansles cellules de la racine d'Aeschynomene indica [3]. Par la suite, elle oblige la légumineuse à l'héberger dans des nodules. Une fois installée, la bactérie profite gratuitement de l'hospitalité de son hôte, sans même fournir l'azote tant convoité (données non publiées).
Amie pour le soja, parasite pour Aeschynomene indica.

L'exemple de ORS3257 n'est pas un cas isolé

De récentes études ont démontré que le comportement parasite de ORS3257 est retrouvé chez beaucoup de bradyrhizobiums et s'étendrait même à d'autres familles de Rhizobium [données non publiées] [3]. Cette découverte soulève alors beaucoup de questions quant à la frontière entre bonnes et mauvaises bactéries, bactéries symbiotiques et bactéries pathogènes.

Au-delà de l'intérêt fondamental que représente cette découverte, des études sont actuellement menées afin de décrypter le fonctionnement de ce nouveau mécanisme. Actuellement, et sauf de rares exceptions, seules les légumineuses possèdent la capacité d'utiliser les rhizobiums pour se fournir en azote. Beaucoup de chercheurs rêvent de transférer cette capacité aux céréales d'intérêts agronomiques mais la complexité du dialogue moléculaire entre les légumineuses et les rhizobiums représente un frein majeur à ce transfert.
Du fait de sa simplicité, la capacité de ORS3257 à pouvoir pénétrer dans les cellules de son hôte, sans utiliser un dialogue moléculaire complexe, est un nouvel espoir de voir ce projet aboutir.

Référence

  1. Lerouge P, Roche P, Faucher C, Maillet F, Truchet G, Promé JC, Dénarié J (1990) Symbiotic host-specificity of Rhizobium meliloti is determined by a sulphated and acylated glucosamine oligosaccharide signal. Nature 344: 781-784
  2. Giraud E, Moulin L, Vallenet D, Barbe V, Cytryn E, Avarre JC, Jaubert M, Simon D, Cartieaux F, Prin Y, Bena G, Hannibal L, Fardoux J, Kojadinovic M, Vuillet L, Lajus A, Cruveiller S, Rouy Z, Mangenot S, Segurens B, Dossat C, Franck LW, Chang WS, Saunders E, Bruce D, Richardson P, Normand P, Dreyfus B, Pignol D, Stacey G, Emerich D, Verméglio A, Médigue C, Sadowsky M (2007) Legumes symbioses: absence of nod genes in photosynthetic bradyrhizobia. Science 316: 1307-1311
  3. 3,0, 3,1 et 3,2 Okazaki S, Tittabutr P, Teulet A, Thouin J, Fardoux J, Chaintreuil C, Gully D, Arrighi JF, Furuta N, Miwa H, Yasuda M, Nouwen N, Teaumroong N, Giraud E (2016) Rhizobium–legume symbiosis in the absence of Nod factors: two possible scenarios with or without the T3SS. ISME J. 10: 64-74
  4. Hueck CJ (1998) Type III protein secretion systems in bacterial pathogens of animals and plants. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 379-433