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Sep 02, 2023

Activités saisonnières du microbiome phyllosphère des cultures pérennes

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1039 (2023) Citer cet article 5666 Accès 1 Citations 79 Détails des métriques Altmetric Comprendre les interactions entre les plantes et les micro-organismes

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1039 (2023) Citer cet article

5666 Accès

1 Citation

79 Altmétrique

Détails des métriques

Comprendre les interactions entre les plantes et les micro-organismes peut éclairer la gestion du microbiome afin d’améliorer la productivité des cultures et la résilience au stress. Ici, nous appliquons une approche centrée sur le génome pour identifier les membres du microbiome foliaire écologiquement importants sur des parcelles répliquées de panic raide et de miscanthus cultivés en plein champ, et pour quantifier leurs activités sur deux saisons de croissance pour le panic raide. Nous utilisons le séquençage du métagénome et du métatranscriptome et organisons 40 génomes assemblés par métagénome (MAG) de qualité moyenne et élevée. Nous constatons que les classes représentées par ces MAG (Actinomycetia, Alpha- et Gamma-Proteobacteria et Bacteroidota) sont actives en fin de saison et régulent positivement les transcrits de la déshydrogénase à chaîne courte, de la molybdoptérine oxydoréductase et de la polykétide cyclase. Des parcours associés au stress sont exprimés pour la plupart des MAG, suggérant un engagement avec l'environnement d'accueil. Nous détectons également des voies de biosynthèse activées de façon saisonnière pour les terpènes et diverses voies peptidiques non ribosomales qui sont mal annotées. Nos résultats confirment que les populations bactériennes associées aux feuilles sont saisonnièrement dynamiques et sensibles aux signaux de l'hôte.

Les plantes vivaces constituent une cible cruciale pour le développement durable des biocarburants1,2,3. En plus de produire une biomasse élevée qui peut être convertie en biocarburants et bioproduits, les cultures pérennes offrent un large éventail de services écosystémiques qui soutiennent les efforts visant à atténuer le changement climatique, notamment l’atténuation des gaz à effet de serre et la promotion du cycle des nutriments du sol1,4,5,6. Comme toutes les plantes, les plantes vivaces abritent un microbiote diversifié, et bon nombre de ces microbes sont connus ou attendus comme bénéfiques à leurs hôtes. Par exemple, les microbes associés aux plantes peuvent augmenter la productivité et protéger contre les facteurs de stress environnementaux. En raison de l’engagement intime de nombreux membres du microbiome associé aux plantes avec l’hôte, la gestion du microbiome végétal est un outil proposé pour promouvoir la vigueur des cultures et soutenir leur résilience aux changements climatiques mondiaux7,8,9,10. Par conséquent, parallèlement à la sélection sélective et à la gestion des champs fondée sur les données, la régulation du microbiome végétal devrait être stratégique pour la production durable de matières premières pour biocarburants.

Les plantes possèdent des compartiments anatomiques habités chacun par des consortiums microbiens distinctifs. Généralement, la diversité et la composition du microbiome végétal se rétrécissent des compartiments externes aux compartiments internes, et la plante joue un rôle actif dans le filtrage de la composition du microbiome vers l'intérieur11,12,13. Les compartiments végétaux externes comprennent la zone racinaire, la rhizosphère et le rhizoplan souterrain, ainsi que la phyllosphère épiphyte aérienne14. Les compartiments externes ont une représentation relativement plus élevée de taxons microbiens transitoires ou commensaux, et ces compartiments interagissent et recrutent des microbes dans l'environnement immédiat. Les compartiments internes comprennent l’endosphère des tissus aériens et souterrains, et ceux-ci ont une richesse relativement faible et hébergent le microbiote le plus sélectionné15,16. Parmi ces compartiments, la rhizosphère a reçu le plus d'attention en tant que site critique des interactions microbiennes-plantes qui sont importantes pour l'acquisition de nutriments et d'eau (par exemple, Kuzyakov et Razavi17). Cependant, les membres du microbiote qui habitent la phyllosphère assurent également des fonctions végétales importantes, telles que l’exclusion des agents pathogènes et l’amorçage immunitaire18,19. Les micro-organismes de la phyllosphère ont des adaptations spécialisées à leur mode de vie exposé16,20,21,22 et contribuent au cycle mondial du carbone et à d'autres cycles biogéochimiques, y compris les transformations liées au changement climatique23,24,25, et habitent la plus grande surface aérienne26. Étant donné que les matières premières pour biocarburants pérennes sont souvent sélectionnées pour maximiser la surface du feuillage, la compréhension du microbiome de la phyllosphère devrait fournir un aperçu des engagements microbiens qui profitent à la plante pour soutenir sa productivité et sa résilience au stress.