Diversité et capacité potentielle de promotion de la croissance végétale des bactéries endophytes des graines de l'holoparasite Cistanche phelypaea (Orobanchaceae)

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11835 (2023) Citer cet article

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Les marais salants sont des écosystèmes très dynamiques et biologiquement diversifiés avec un large éventail de fonctions écologiques. Nous avons étudié la communauté bactérienne endophyte des graines stérilisées en surface de l'holoparasite Cistanche phelypaea poussant dans les marais salants côtiers de la péninsule ibérique au Portugal. C. phelypaea est le seul représentant du genre Cistanche signalé dans un tel habitat. En utilisant des méthodes de séquençage à haut débit, 23 phylums bactériens et 263 OTU différentes au niveau du genre ont été trouvés. Les souches bactériennes appartenant aux phyla Proteobacteria et Actinobacteriota dominaient. De plus, certains phylums bactériens nouvellement classés ou non découverts, des groupes taxonomiques non classés et inexplorés, des groupes d'archées symbiotiques habitaient les graines de C. phelypaea. Les gamma-protéobactéries constituaient le groupe phylogénétique le plus diversifié. Soixante-trois souches bactériennes appartenant aux bacilles, aux actinomycètes, aux protéobactéries α, γ et β et à des bactéries non classées ont été isolées. Nous avons également étudié les caractères PGP in vitro et la tolérance au sel des isolats. Parmi les Actinobactéries, Micromonospora spp. ont montré les endophytes les plus prometteurs dans les graines. Pris ensemble, les résultats ont indiqué que les graines étaient habitées par des souches bactériennes halotolérantes qui pourraient jouer un rôle dans l'atténuation des effets néfastes du stress salin sur la plante hôte. Dans les recherches futures, ces bactéries devraient être évaluées en tant que sources potentielles de composés bioactifs nouveaux et uniques ou en tant que nouvelles espèces bactériennes.

En raison de leur productivité biologique élevée, de leur contribution aux émissions mondiales de gaz à effet de serre et de leur implication dans le cycle des nutriments, les zones humides sont considérées comme des écosystèmes de grande valeur. Les marais salants sont des systèmes de zones humides uniques caractérisés par des conditions environnementales difficiles, notamment des inondations périodiques et des niveaux de salinité élevés, des niveaux de nutriments, des densités d'herbivores et également une élévation du niveau de la mer. Ils abritent une végétation halophile1,2. Ces écosystèmes sont caractérisés par un faible nombre de macrophytes dominants, avec une acidification prévisible et une salinité élevée de l'environnement3. Les plantes poussant dans les marais salants côtiers constituent une source sous-explorée de bactéries associées aux plantes ayant un grand potentiel en termes de propriétés antimicrobiennes, enzymatiques, favorisant la croissance des plantes (PGP) et biodégradantes3. Dans de tels marais salants, l'holoparasite Cistanche phelypaea (Orobanchaceae) présente un intérêt particulier. Le genre Cistanche comprend environ 25 espèces et se trouve principalement dans les habitats arides, semi-arides et halophytes d'Eurasie et d'Afrique du Nord4. La plupart des espèces appartenant à ce genre nécessitent des conditions environnementales particulières pour croître, à savoir un climat extrêmement aride, des sols pauvres et appauvris, de grandes fluctuations de température, un ensoleillement intense et de faibles précipitations annuelles5. Le parasite obligatoire des racines, C. phelypaea, a une aire de répartition limitée et est endémique aux marais salants de la côte atlantique du Portugal et de l'Espagne6,7,8.

Au cours de l'évolution, les Orobanchaceae holoparasites racinaires obligatoires ont été soumises à de multiples modifications, par exemple la perte des racines et des plastes9,10, et la production d'un grand nombre de graines extrêmement petites qui restent viables dans le sol pendant de nombreuses années11,12. Les principaux matériaux de stockage contenus dans les graines des Orobanchaceae holoparasites sont les lipides13. Les étapes cruciales du cycle de vie des plantes holoparasites sont la germination des graines, l’atteinte de l’hôte souhaité, l’accès aux nutriments et le développement de la nouvelle génération14. Lorsque les signaux de l’hôte sont reçus, les graines commencent à germer. Par la suite, les graines en germination développent des organes spécialisés appelés haustoria, qui pénètrent dans le système vasculaire de l’hôte. Grâce à ces haustoria, les graines holoparasites peuvent atteindre l’eau et les nutriments de l’hôte15,16.

Dans les interactions hôte-parasite, les conditions extrêmes des marais salants constituent un défi pour les deux partenaires. C. phelypaea parasite les racines des plantes halophiles6. Ainsi, l’holoparasite devrait posséder des mécanismes de défense contre les conditions abiotiques du sol salin, la pression osmotique élevée de la solution du sol, et doit également être capable de faire face à la nature tolérante au sel de la plante hôte17. Les plantes parasites sont affectées par le stress salin à la fois directement et indirectement. Bien que les parasites des racines aient un contact très limité avec le sol, ils sont indirectement affectés par le stress salin via le métabolisme de leur hôte. Dans les habitats naturels, la plupart des espèces de Cistanche préfèrent que leurs hôtes poussent dans des conditions de stress, en raison de la teneur élevée en nutriments que les hôtes accumulent dans ces habitats18. Le stress salin inhibe la germination des graines de C. phelypaea directement et via des modifications de la signalisation de l'hôte qui dépendent fortement de la concentration de stimulants de germination. Les mécanismes de réponse des parasites à la salinité sont encore flous19. Il a été constaté que certaines Orobanchaceae accumulent de grandes quantités de polyols20. Il a été rapporté que le demi-parasite Viscum album (gui), parasitant les arbres, absorbait activement les polyols de l'hôte et développait un profil de polyol spécifique à l'hôte21. À des concentrations de sel plus élevées, Cuscuta campestris, parasitant Arabidopsis, accumule de la l-proline et diminue ainsi les concentrations de sel chez l'hôte par rapport aux plantes non infectées22.