Nous allons parler ici des endophytes : ce qu'ils sont, quels types de relations ils entretiennent avec les plantes et quels sont les exemples connus.
Définition de l'endophyte
Lesendophytes sont des micro-organismes - généralement des champignons et des bactéries - que l'on peut trouver dans les feuilles et/ou les racines des plantes hôtes.
Ces organismes endophytes passent la plus grande partie, voire la totalité, de leur vie à l'intérieur de leurs hôtes, sans provoquer de signes visibles de maladie. La présence de micro-organismes endophytes dans les tissus végétaux donne naissance à un microbiome appelé endosphère.
Certains endophytes sont propres à un type de tissu, tandis que d'autres peuvent être présents dans toute la plante. Les populations d'endophytes dans les plantes varient considérablement en fonction de facteurs tels que l'espèce hôte, le stade de développement de l'hôte, la densité de la colonie et les conditions environnementales.
Les endophytes isolés à partir de café cultivé à Hawaï, à Porto Rico, en Colombie et au Mexique présentent des schémas de colonisation variés. Alors que la majorité des endophytes ont été récupérés sur les feuilles à Hawaï et en Colombie, un plus grand nombre a été obtenu à partir des tissus de la couronne à Porto Rico et au Mexique.
Cependant, dans les quatre sites, les endophytes fongiques ont été récupérés sur l'ensemble des plantes, y compris les racines, les baies et les tiges des feuilles.
À ce jour, on sait que les endophytes sont présents dans environ 300 000 espèces de plantes sur la planète. Cependant, seules quelques espèces de graminées parmi les espèces végétales existantes ont fait l'objet d'une étude sur l'ensemble de leurs endophytes. Il existe donc de nombreuses possibilités de découvrir de nouveaux endophytes.
Relations plantes-endophytes
La relation entre les plantes et les endophytes peut être commensale ou mutualiste:
Une relationcommensale signifie que l'endophyte en profite, tandis que la plante hôte est indemne.
Une relationmutualiste signifie que l'endophyteet la plante hôte bénéficient tous deux de la présence de l'endophyte.
Parmi les avantages de la relation plante-endophyte, on peut citer la tolérance à la salinité ou à la chaleur ou la résistance aux maladies, aux insectes et aux parasites des plantes. Ils peuvent également améliorer la capacité de la plante hôte à absorber les nutriments.
Les endophytes peuvent également être classés en fonction de leur relation avec les plantes. Par exemple, les endophytes peuvent être obligatoires ou facultatifs:
Lesendophytes obligatoires dépendent du métabolisme des plantes pour survivre. Ils sont transportés à travers les plantes par les activités de plusieurs types de vecteurs ou par transmission verticale (transmission d'un parent à sa progéniture).
Lesendophytes facult atifs existent en dehors du corps de l'hôte à un certain moment de leur cycle de vie et interagissent généralement avec les plantes du sol et de l'atmosphère environnants du corps de l'hôte.
Champignons endophytes dans les plantes
Les champignons qui vivent à l'intérieur d'une plante hôte sont appelés champignons endophytes. La présence de champignons endophytes dans les plantes dépend de plusieurs facteurs, notamment de l'hôte, de l'environnement, de la disponibilité des nutriments et de la présence d'autres micro-organismes.
On pense que les champignons endophytes peuvent infecter les feuilles des plantes lorsque les spores en suspension dans l'air entrent en contact avec la surface d'une feuille. Si les conditions environnementales permettent la pénétration des spores, celles-ci peuvent germer et les hyphes fongiques (filaments qui permettent la circulation des nutriments) peuvent alors pénétrer dans la plante à travers la cuticule pour habiter les espaces intercellulaires de la feuille.
Au fil du temps, la feuille entière est habitée par différents endophytes.
Certaines graminées et autres plantes non ligneuses bénéficient des endophytes fongiques parce qu'ils produisent des toxines qui découragent les herbivores ou augmentent la tolérance de la plante hôte à la chaleur, à la sécheresse ou aux métaux lourds.
La majorité des champignons endophytes qui ont été identifiés sont des ascomycètes - des champignons qui se reproduisent sexuellement en produisant un ascus, un sac qui contient des spores.
Les bactéries endophytes dans les plantes
Les bactéries qui se trouvent dans les tissus d'une plante hôte sont appelées bactéries endophytes. Plus de 200 genres de 16 phyla de bactéries sont endophytes, la plupart d'entre eux appartenant aux phyla Proteobacteria, Actinobacteria et Firmicutes.
Les bactéries endophytiques sont considérées comme un sous-type de bactéries rhizosphériques, généralement appelées rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR), un type spécialisé de rhizobactéries qui peuvent envahir leur hôte végétal. Ces bactéries vivent dans les tissus de l'hôte végétal, que ce soit en dessous ou au-dessus du sol, et même dans les fruits, les graines et les tubercules , affectant la croissance et le développement de la plante.
Lesrhizobactéries sont des bactéries qui vivent près des racines des plantes ou dans la rhizosphère, le sol qui entoure les racines des plantes.
Le processus de colonisation commence généralement par une interaction entre les deux au niveau des racines des plantes : les bactéries endophytes reconnaissent certains composés dans lesexsudats des racines et peuvent permettre à la bactérie de pénétrer dans l'endosphère de la plante.
Les exsudats végétaux sont des fluides libérés par les plantes à travers leurs racines.
Les bactéries endophytes pénètrent généralement par les racines de la plante, mais elles peuvent aussi utiliser les parties aériennes telles que les tiges, les feuilles et les fleurs pour entrer. Une fois à l'intérieur, les bactéries endophytes peuvent systématiquement infecter les tissus végétaux voisins .
Les bactéries endophytes utilisent l'endosphère des plantes comme une niche biologique protectrice unique qui leur offre un habitat stable et constant, hors de l'influence des conditions environnementales en constante évolution qui pourraient potentiellement leur nuire. De plus, la majorité des bactéries endophytes ont un cycle de vie biphasique au cours duquel elles passent de l'habitat de la plante à celui du sol.
Exemples d'associations d'endophytes
Nous aborderons ici plusieurs exemples de relations plantes-endophytes et la façon dont les endophytes contribuent à la santé des plantes.
Les champignons endophytes et le cacaoyer
En 2003, Elizabeth Arnold et ses collègues de l'Université de l'Arizona à Tucson ont cherché à savoir si les endophytes fongiques aidaient le cacaoyer (Theobroma cacao).
Ilfaut savoir que chez le cacaoyer, les endophytes fongiques ont tendance à coloniser les feuilles après la germination . Pour l'expérience, les feuilles de certains plants de cacao ont été traitées avec une combinaison spécifique d'endophytes fongiques, tandis que d'autres ne l'ont pas été. On a ensuite injecté aux plantules une maladie virulente, le protiste Phytophthora.
Il s'est avéré que le pathogène détruisait moins de feuilles dans les semis avec endophytes fongiques que dans les semis sans endophytes. De plus, parmi les feuilles survivantes, les agents pathogènes ont causé moins de dommages à la surface des feuilles dans les semis avec endophytes que dans ceux sans endophytes.
Arnold et al. ont conclu de cette expérience que la présence d'endophytes semblait être bénéfique aux cacaoyers en diminuant la mortalité des feuilles et les dommages causés par le Phytophthora.
Le champignon endophyte Fusarium culmorum et l'herbe des dunes américaines
Puget Sound, dans l'ouest de l'État de Washington, abrite l'herbe des dunes américaines. Lesscientifiques Rodriguez et Redman ont découvert que lacolonisation par Fusarium culmorum favorise la tolérance au sel del'herbe, de sorte que les plantes d'herbe des dunes non colonisées par F. culmorum sont incapables de survivre dans l'environnement salin del'endroit .
En plus de la tolérance au sel, il semble que la présence d'endophytes puisse également contribuer à renforcer la résistance des plantes aux agents pathogènes.
Les endophytes et les cultures maraîchères
On a signalé que les endophytes réduisaient les maladies causées par une variété de pathogènes dans les systèmes de culture de légumes. Des plants d'aubergines traités avec Penicillium puis avec un isolat pathogène de Verticillium dahliae n'ont montré aucun signe de flétrissement.
En revanche, les plants témoins présentaient une décoloration vasculaire et un flétrissement importants.
Dans une autre étude, des plants de concombre ont été inoculés avec des bactéries endophytes appelées actinomycètes. Comme les champignons, les actinomycètes possèdent un mycélium et forment des spores. Ces plants de concombre ont réagi à la maladie de la fonte des semis causée par l'agent pathogène Pythium aphanidermatum (également connu sous le nom de moisissure aquatique) de la même manière qu'ils l'auraient fait après un traitement fongicide réussi au métalaxyl.
Importance médicinale des endophytes
En plus d'être bénéfiques pour les plantes hôtes, les endophytes se révèlent également être une source précieuse de composés bioactifs qui peuvent être utilisés pour produire des médicaments contre une grande variété de maladies.
Ces composés comprennent des alcaloïdes, des acides phénoliques, des quinones, des stéroïdes, des saponines, des tanins et des terpénoïdes, qui ont des propriétés antibactériennes, anti-insectes, anticancéreuses et autres. De plus, les endophytes peuvent être facilement extraits de n'importe quel milieu de croissance microbien ou végétal.
Par exemple, lesendophytes fongiques peuvent être isolés et étudiés par stérilisation de surface, un processus dans lequel lesparties de la plante comme les feuilles et les tiges sont lavées à l'eau courante, puis coupées et stérilisées en surface en les immergeant dans diverses solutions .
Endophytes - Points clés
- Lesendophytes sont des micro-organismes - généralement des champignons et des bactéries - que l'on trouve dans les feuilles et/ou les racines des plantes hôtes .
- Les organismes endophytes passent la plus grande partie, voire la totalité, de leur vie à l'intérieur de leurs hôtes, sans provoquer de signes visibles de maladie.
- Les champignons endophytes peuvent infecter les feuilles des plantes lorsque des spores en suspension dans l'air entrent en contact avec la surface d'une feuille. Une fois que les spores ont germé, les hyphes fongiques pénètrent dans la plante à travers la cuticule. Ils se propagent dans les espaces intercellulaires de la feuille.
- Les bactéries endophytes sont considérées comme un type de rhizobactéries qui peuvent envahir leur hôte végétal. Les bactéries endophytes pénètrent généralement par les racines des plantes, mais elles peuvent aussi utiliser les parties aériennes, puis elles peuvent coloniser systématiquement le reste de la plante .
- Lesendophytes sont également une source précieuse de composés bioactifs qui peuvent être utilisés pour produire des médicaments contre une grande variété de maladies.
Références
- Reece, Jane B., et al, Campbell Biology, onzième édition, 2016.
- Gouda, Sushanto, et al, Endophytes : A Treasure House of Bioactive Compounds of Medicinal Importance, Frontiers in Microbiology, Frontiers Media S.A., 29 sept. 2016.
- Afzal, Imran, et al, Plant Beneficial Endophytic Bacteria : Mechanisms, Diversity, Host Range and Genetic Determinants, Microbiological Research, 4 févr. 2019.
- Université d'État du Montana, Qu'est-ce qu'un endophyte ? Qu'est-ce qu'un endophyte, sciences végétales et pathologie végétale, N.D.
- Tymon, Lydia, et Debra Inglis, Qu'est-ce qu'un endophyte ?", avr. 2016.
- Khalil, Ahmed Mohamed Aly, et al, Isolation and Characterization of Fungal Endophytes Isolated from Medicinal Plant Ephedra Pachyclada as Plant Growth-Promoting, Biomolecules, 22 janv. 2021.
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