Publié le 26 mai 2021 Mis à jour le 31 mai 2021

Des chercheurs et chercheuses du CNRS et de l’Université Toulouse III – Paul Sabatier, en collaboration avec INRAE, ont réussi à démontrer que cette conquête terrestre par les végétaux a été rendue possible grâce à un partenariat entre plantes et champignons. Valider cette hypothèse vieille de 40 ans permet de comprendre une étape qui a été primordiale au développement de la vie sur Terre. L’étude a été est publiée dans Science le 21 mai 2021.


Il y a environ 450 millions d’années, les premières plantes ont quitté les eaux pour vivre sur les terres émergées. Pour ce faire, elles ont dû s’adapter à l’aridité du milieu terrestre. L’étude de fossiles avait, dans les années 1980, permis d’émettre l’hypothèse qu’une alliance plantes-champignons était peut-être à l’origine de la végétalisation terrestre. Elle vient d’être confirmée par une équipe internationale1 de recherche pilotée par des scientifiques français2.

Pour comprendre la vie passée, les chercheurs et chercheuses ont dû étudier les plantes du présent. Celles-ci sont divisées en deux grandes catégories : les plantes vasculaires avec tiges et racines, et les plantes non-vasculaires comme les mousses, appelées bryophytes.

La majorité des plantes vivent en symbiose avec des champignons, autrement dit ces deux organismes procédent à des échanges mutuellement bénéfiques. Lors de précédentes études, il a été démontré l’existence de gènes essentiels au bon déroulement de cette symbiose, notamment chez les plantes vasculaires. Les scientifiques se sont ici concentrés sur une bryophyte à l’allure de plante grasse (voir image), peu décrite et pour laquelle on n’avait pas encore observé de tels gènes : Marchantia paleacea.

En étudiant M. paleacea, ils ont pu démontrer un transfert de lipides entre la plante et le champignon similaire à celui observé chez les plantes vasculaires. En adaptant l’utilisation des ciseaux moléculaires CRISPR, un outil qui permet de « couper » l’ADN de façon précise, ils ont ensuite pu modifier un gène prédit comme « symbiotique ». Comme chez les plantes vasculaires, l’interruption des échanges de lipides entre la plante et le champignon conduisent à l’échec de la symbiose chez la bryophyte.

L’ancêtre commun de ces deux groupes de végétaux, qui a colonisé la terre ferme, devait donc échanger des lipides avec le champignon, comme les plantes actuelles. Ainsi, 450 millions d’années plus tard, un des secrets des premiers pas de la vie sur la terre ferme a enfin pu être élucidé.

 
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Arbre phylogénétique des plantes. Les plantes vasculaires et non-vasculaires forment une symbiose avec des champignons. Cercles de gauche : le champignon est coloré en bleu dans une racine de luzerne tronquée (haut) ou un thalle de M. paleacea (bas). Cercles de droites : luzerne tronquée (haut), M. paleacea (bas). © Aurélie Le Ru/Mélanie Rich/Pierre-Marc Delaux

1De nombreux collaborateurs internationaux ont contribué à l’étude dont l’Universités de Cologne et le CIBSS – Centre for Integrative Biological Signalling Studies de l’Université de Fribourg-en-Brisgau en Allemagne ; l’université de Cambridge au Royaume-Uni ; l’université de Zurich en Suisse; et l’université du Tohoku au Japon.
2Des équipes du Laboratoire de recherche en sciences végétales (LRSV - CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier), de la Fédération de recherche agrobiosciences, interactions et biodiversité (FR-AIB - CNRS/Toulouse INP/Université Toulouse III – Paul Sabatier/INRAE), du Laboratoire des interactions plantes microbes environnement (LIPME - CNRS/INRAE) et de l’Institut des maladies métaboliques et cardiovasculaires (I2MC - Inserm/Université Toulouse III – Paul Sabatier) sont impliquées.


Bibliographie
Lipid exchanges drove the evolution of mutualism during plant terrestrialization. Mélanie K. Rich, Nicolas Vigneron, Cyril Libourel, Jean Keller, Li Xue, Mohsen Hajheidhari, Guru V. Radhakrishnan, Aurélie Le Ru, Issa S Diop, Giacomo Potente, Elena Conti, Danny Duijsings, Aurélie Batut, Pauline Le Faouder, Kyoichi Kodama, Junko Kyozuka, Erika Sallet, Guillaume Bécard, Marta Rodrigez-Franco, Thomas Ott, Justine Bertrand-Michel, Giles ED Oldroyd, Péter Szövényi, Marcel Bucher et Pierre-Marc Delaux. Science, le 21 Mai 2021.
DOI : 10.1126/science.abg0929

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