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Une symbiose fixatrice d’azote avec des bactéries du sol appelées rhizobiums permet à de nombreuses plantes de la famille des légumineuses (trèfle, luzerne, pois, soja …) de croître en l’absence de fertilisant azoté. A l’échelle planétaire, l’azote fixé par ces symbioses représente 50% de l’azote fourni par l’industrie chimique.

Les rhizobiums (bactéries) jouent trois rôles majeurs dans ce processus : ils induisent la formation sur la racine de la plante hôte de nouveaux organes, appelés nodosités, spécialisés dans la fixation de l’azote ; les rhizobiums infectent massivement les nodosités, mais pas les racines ; les rhizobiums, une fois internalisés, deviennent capables de fixer l’azote atmosphérique qui sera exporté vers la plante sous forme d’ammoniac.

Lors d’une infection par un pathogène, le microbe prend l’ascendant sur la plante aboutissant à son dépérissement. Le succès de l’interaction symbiotique suppose au contraire le maintien d’un équilibre subtil entre les deux partenaires. En particulier l’optimisation du niveau d’infection de la plante par le rhizobium est importante : une infection modérée des nodules limitera l’efficacité de la fixation d’azote alors que, à l’inverse, une infection excessive induira des réactions de défense voire de nécrose de la part de la plante.

La compréhension des mécanismes sous-tendant cet équilibre subtil est un enjeu de recherche très actuel dans le domaine. En étudiant la symbiose entre la luzerne (Medicago sativa) et la bactérie Sinorhizobium meliloti, les chercheurs de l’Inra ont montré que les rhizobiums qui ont réussi à infecter le nodule perçoivent un signal végétal qui, à son tour, active une cascade régulatrice dont le médiateur est un petit nucléotide : l’AMP cyclique. L’activation de cette cascade pourrait moduler, par un mécanisme qui reste à identifier, le degré d’infection de la plante, la rendant réfractaire à des infections secondaires par des rhizobiums du sol. Ce dialogue moléculaire entre les deux partenaires contribuerait à optimiser le niveau d’infection de la plante entière.

Les découvertes majeures de ces 20 dernières années sur les symbioses rhizobium-légumineuses permettent d’espérer un jour transférer la capacité à fixer l’azote atmosphérique, au mois partiellement, aux céréales (blé, riz, maïs). Un des enjeux de cette recherche sera de développer des rhizobiums adaptés aux céréales et, en particulier d’optimiser leur capacité infectieuse. A terme, cela permettrait de réduire l’apport d’engrais chimiques sur ces cultures céréalières.

 

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