Rejouer l'évolution des rhizobia: vers un cadre conceptuel et pratique pour le design de nouveaux symbiotes fixateurs – REPLAY

La découverte du rôle prépondérant du microbiome dans la santé et la production végétale a conduit à de récentes initiatives internationales pout explorer davantage et exploiter les capacités des écosystèmes microbiens. Un des services les plus importants rendus pas les microbes aux plantes est la fixation biologique de l’azote, c'est-à-dire la capacité à convertir l’azote atmosphérique en une forme assimilable par les plantes. Au cours de l’évolution des centaines d’espèces végétales appartenant aux Angiospermes ont évolué la capacité à établir une symbiose mutualiste avec des bactéries fixatrices d’azote, leur permettant de bénéficier directement de l’azote fixé et de ne plus dépendre des engrais azotés, contrairement à la plupart des plantes cultivées.
Un défi majeur de ce siècle est d’accroitre la production végétale tout en réduisant l’utilisation d’engrais azotés, i. e. l’impact environnemental de l’agriculture. Plusieurs stratégies sont envisagées, comme par exemple l’optimisation d’associations préexistantes céréales-bactéries fixatrices d’azote ou le développement de nouvelles associations, le développement de céréales exprimant l’enzyme nitrogénase ou de céréales capables d’établir une symbiose de type « légumineuse-rhizobium ». Réaliser cet objectif nécessite de mieux comprendre comment ces associations naturelles se sont établies et ont évolué, et également de développer des outils innovants pour optimiser les associations existantes et développer de nouvelles symbioses.
L’objectif global de REPLAY est de fournir une meilleure compréhension des mécanismes adaptatifs bactériens qui ont conduit à la symbiose avec des légumineuses et également de développer un cadre conceptuel et pratique pout le design de nouveaux symbiotes fixateurs d’azote de plante. REPLAY va utiliser le matériel biologique et les découvertes générées au cours de l’évolution expérimentale d’un pathogène de plante, Ralstonia solanacearum, en symbiote de légumineuse pour poser de nouvelles et importantes questions : i) est ce que différents chemins évolutifs ont façonné l’évolution expérimentale de Ralstonia symbiotiques dans les différentes lignées? ii) comment le mutualisme, c'est-à-dire la fixation symbiotique de l’azote, peut évoluer à partir d’une interaction parasitique? iii) l’évolution en laboratoire est-elle comparable à l’évolution naturelle? iv) est ce que la cassette de mutabilité qui a accéléré le processus évolutif en laboratoire peut être exploitée pour manipuler l’évolvabilité des bactéries associées aux plantes dans une perspective biotech?
REPLAY est un projet de recherché collaborative qui implique trois partenaires ayant des expertises reconnues et complémentaires en microbiologie végétale, génomique évolutive bactérienne et bioinformatique. Le programme scientifique est organisé en quatre taches scientifiques indépendantes, chacune répondant à une des questions formulées ci-dessus.
Ce projet est unique au niveau international dans le domaine des interactions plantes-microbes, car il tente de rejouer en laboratoire l’évolution d’un nouveau genre de rhizobium et questionne l’émergence et l’évolution d’une interaction biotique complexe. De plus il propose d’explorer les relations symbiose-pathogénicité, en particulier comment un pathogène peut se reconfigurer en symbiote de légumineuse. Le projet est pertinent et opportun pour les challenges que représentent l’engineering de microbes optimisant la production végétale et le développement d’associations fixatrices d’azote avec les céréales, qui révolutionnerait le monde de l’agriculture. Le projet est labellisé par le pôle de compétitivité Agri Sud Ouest Innovation.