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Les microorganismes eucaryotes (champignons, "protistes"…) contribuent à la vie des sols en tant que décomposeurs primaires de la matière organique (nombreux champignons), régulateurs des populations bactériennes (protistes), partenaires bénéfiques (champignons symbiotiques mycorhiziens) ou au contraire pathogènes des macro-organismes (plantes et animaux) partageant l’écosystème. Bien que leur implication dans les cycles géochimiques soit évidente, il n’en reste pas moins que le niveau de diversité fonctionnelle de cette microflore tellurique eucaryote est à l’heure actuelle encore mal évaluée. Cette situation est principalement due au fait que le compartiment sol renferme à différentes échelles spatiales une microflore complexe dont la composition taxonomique varie dans le temps et dont seulement une très petite fraction n’est accessible aux études en laboratoire du fait de l’abondance des microorganismes non-cultivables.
Les activités de recherche de l’équipe "Symbiose Mycorhizienne" visent à mieux connaître ces communautés microbiennes eucaryotes des sols et s’articulent autour des deux thématiques suivantes :

axes de recherche : 

Thème 1 : Base génétique de l’aptitude symbiotique des champignons ectomycorhiziens

La symbiose ectomycorhizienne entre racines des végétaux ligneux et champignons concerne la plupart des essences forestières des zones tempérées (bouleaux, chênes, hêtres, peupliers, pins, sapins…) et de nombreuses espèces fongiques, dont certaines bien connues (amanites, bolets, truffes…). Cette association conduit à des échanges bidirectionnels d’éléments nutritifs entre les partenaires et améliore la nutrition hydrominérale et la résistance au stress des arbres. Il est aujourd’hui admis que l’aptitude à la symbiose ectomycorhizienne est apparue plusieurs fois indépendamment au cours de l’évolution au sein du groupe des champignons. Toutefois les fonctions fongiques nécessaires à l’établissement d’une relation symbiotique stable restent inconnues.

Le projet de recherche que nous développons vise à identifier expérimentalement ces fonctions en utilisant le champignon basidiomycète modèle Hebeloma cylindrosporum associé au pin maritime (Pinus pinaster) (Figure 1). Nous développons une approche par mutagenèse insertionnelle qui conduit à l’insertion aléatoire au sein du génome fongique d’un ADN-T mutagène de la bactérie Agrobacterium tumefaciens. L’équipe a ainsi obtenu pour la première fois des mutants non symbiotiques d’un champignon ectomycorhizien.

La caractérisation des gènes mutés nous renseignera sur les fonctions fongiques nécessaires à l’établissement d’une symbiose fonctionnelle mais aussi sur l’éventuelle implication des gènes fongiques homologues dans d’autres relations champignons-plantes, qu’elles soient symbiotiques ou pathogènes.

Figure 1. Le champignon basidiomycète ectomycorhizien Hebeloma cylindrosporum associé à Pinus pinaster est un modèle idéal pour disséquer au niveau génétique et moléculaire les mécanismes d’établissement et de fonctionnement de la symbiose ectomycorhizienne. Son cycle reproductif est maîtrisé au laboratoire (Debaud & Gay 1987, New Phytol 105 :429-435), il peut être facilement transformé, notamment par Agrobacterium tumefaciens (Combier et al. 2003 FEMS Microbiol Lett 220 :141-148) et une collection de souches mutantes est disponible, parmi lesquelles des mutants non-mycorhiziens (Combier et al. 2004, Mol Plant-Microbe Interact 17 :1029-1038)

Thème 2 : Adaptation des communautés microbiennes du sol à leur environnement, approche "métatranscriptomique"

Ce thème s’intéresse non plus à une seule espèce fongique mais aux rôles remplis par l’ensemble d’une communauté de microorganismes eucaryotes vivant dans un sol forestier. Cet axe de recherche cherche à établir les fonctions réellement exprimées par les différents microorganismes eucaryotes, qu’ils soient cultivables ou pas, directement dans les sols. Pour cela nous développons une approche originale de génomique environnementale : la métatranscriptomique. Le "métatranscriptome" représente l’ensemble des gènes exprimés (les transcriptomes) par les différents microorganismes eucaryotes d’un sol. D’un point de vue expérimental, les ARN produits par l’ensemble des microorganismes sont extraits directement d’échantillons de sols et les ARN messagers polyadénylés eucaryotes sont spécifiquement convertis en ADN complémentaires qui sont clonés pour constituer des banques d’ADNc environnementales. Ces banques sont représentatives des gènes exprimés et donc des fonctions réalisées in situ par les microorganismes directement dans les sols. Les gènes d’intérêts sont recherchés au sein de ces banques par différentes approches comme la complémentation fonctionnelle de mutants de levure ou encore le séquençage systématique. Cette approche qui va des "ARN du sol" à des gènes fonctionnels s’exprimant dans Saccharomyces cerevisiae a été récemment validée au laboratoire. Elle est développée pour analyser les mécanismes d’adaptation à des pollutions par les métaux lourds ainsi que la dégradation de la matière organique dans différents sols forestiers.

Figure 2. L’approche "métatranscriptomique" : des acides nucléiques extraits directement d’échantillons environnementaux à des gènes eucaryotes s’exprimant dans la levure. Cette approche expérimentale validée au sein du laboratoire permet de révéler les gènes exprimés par les différents microorganismes eucaryotes, qu’ils soient cultivables ou non, directement dans un écosystème complexe tel que le sol.

bibliographie :