19 Oct La symbiose souterraine contrecarre la sécheresse

Une nouvelle étude de l’Institut Weizmann des Sciences révèle que les bactéries peuvent aider les arbres à survivre à la pénurie d’eau.

Dans les moments difficiles, nous avons tous besoin d’un coup de main, et les arbres ne sont pas différents. Des chercheurs du Département des Sciences Végétales de l’Institut Weizmann des Sciences ont découvert qu’en cas de sécheresse, les cyprès reçoivent l’aide de bactéries bénéfiques pour le sol, dans une sorte de coopération qui leur permet de survivre et même de s’épanouir. « Notre étude pourrait avoir fourni la meilleure preuve à ce jour que les arbres et les bactéries peuvent réellement coexister en symbiose », déclare le Dr Tamir Klein, chef de l’équipe de recherche. « Cela a une grande importance écologique.

Dans de nombreuses régions du monde, l’été 2022 a été l’un des plus secs jamais enregistrés. Certaines régions de Chine, d’Europe, du Moyen-Orient, de la Corne de l’Afrique et d’Amérique du Nord ont connu de graves sécheresses, et ces conditions météorologiques extrêmes devraient se multiplier en raison du changement climatique. Selon le Dr. Klein, la prévalence croissante des sécheresses crée un besoin urgent de comprendre les mécanismes souterrains qui maintiennent les arbres en vie dans des conditions météorologiques extrêmes, afin d’atténuer la mortalité croissante des arbres en Israël et au-delà. « Si nous perdons les forêts, nous perdrons tout, car les arbres produisent notre oxygène, absorbent le dioxyde de carbone, purifient l’air et régulent la température », explique-t-il. « Nous devons donc soutenir nos forêts. Et si les bactéries peuvent soutenir les arbres et que nous pouvons comprendre comment elles le font, c’est un excellent point de départ ».

(g-d) Dr. Tamir Klein et Dr. Yaara Oppenheimer-Shaanan. Un partenariat pour le sol

Le voyage de Tamir Klein pour révéler la coopération entre les arbres et les autres organismes forestiers a commencé il y a des années. Dans ses études précédentes, il a cherché à savoir comment les arbres partagent leurs ressources avec d’autres arbres pour rester en bonne santé et comment ils entretiennent des relations symbiotiques avec les champignons.

La dernière étude, dirigée par le Dr Yaara Oppenheimer-Shaanan, microbiologiste dans le laboratoire du Dr.Klein, s’est concentrée sur les interactions entre les cyprès et les bactéries bénéfiques présentes dans le sol forestier. Pendant un mois, les chercheurs ont fait pousser des jeunes plants de cyprès dans des boîtes faites sur mesure et remplies de sol forestier, qui ont été placées dans une serre de l’Institut Weizmann des Sciences. Les cyprès ont été divisés en deux groupes : l’un a été régulièrement arrosé, l’autre a été privé d’eau. Dans chaque groupe, la moitié des cyprès a été exposée à des bactéries du sol prélevées dans la forêt de Harel, où poussent ces cyprès.

L’équipe de recherche a examiné les interactions entre les racines des arbres et les bactéries en utilisant plusieurs méthodes, notamment en mesurant les réactions physiologiques des arbres à la sécheresse, en effectuant des comptages bactériens, en visualisant les colonies bactériennes dans les zones racinaires à l’aide de marqueurs fluorescents, en analysant les composés émis par les plantules à travers leurs racines et en évaluant la composition minérale du feuillage des cyprès. Grâce à cette approche multidisciplinaire, qui combine la microbiologie, la physiologie végétale et la chimie organique, les chercheurs ont identifié la surprenante coopération souterraine entre les arbres et les bactéries du sol : Les bactéries aident les arbres à faire face au manque d’eau et bénéficient en retour des sécrétions des racines des arbres.

Les racines des arbres recrutent des bactéries bénéfiques pendant la sécheresse. L’imagerie par fluorescence et en champ clair révèle que pendant la sécheresse (à gauche), une racine d’arbre est plus densément colonisée par deux bactéries bénéfiques (en vert et en rouge) qu’après l’irrigation (à droite).

Par exemple, le taux de sécrétions des racines a plus que doublé chez les arbres exposés aux bactéries, par rapport aux arbres non exposés, tant dans le groupe des cyprès irrigués que dans celui des cyprès poussant dans des conditions de sécheresse. En outre, les scientifiques ont identifié une centaine de composés dans les sécrétions, dont des acides phénoliques et organiques, et la concentration de près de la moitié de ces composés différait significativement entre les arbres irrigués et ceux qui souffraient d’un manque d’eau. « Lorsque nous avons ajouté neuf de ces composés aux bactéries, en tant que sources de carbone et d’azote, huit d’entre eux ont favorisé la croissance bactérienne », explique Mme Oppenheimer-Shaanan. « Cela prouve que les sécrétions sont une source de nourriture pour les bactéries.

Globalement, les résultats de l’étude suggèrent que la santé des arbres s’est améliorée grâce aux interactions avec les bactéries. De plus, lors d’une sécheresse, la coopération entre les arbres et les bactéries a compensé l’impact négatif du manque d’eau. La disponibilité du phosphore dans le sol n’a été maintenue que pour les cyprès exposés aux bactéries, et cette disponibilité a permis de compenser la diminution des teneurs en phosphore et en fer mesurées dans le feuillage des cyprès cultivés en conditions de sécheresse.

Un dictionnaire complet de la forêt

Le Dr. Klein espère que ces résultats de recherche feront progresser nos connaissances en matière d’écologie forestière et nous permettront de comprendre que les arbres coopèrent beaucoup plus que ce que l’on croyait jusqu’à présent. Sur le plan pratique, les résultats peuvent avoir des implications importantes pour améliorer la santé des sols et apprendre à soutenir les plantes qui sont stressées par un manque de ressources. Par exemple, le recrutement de bactéries spécifiques pourrait contribuer à améliorer la santé des arbres et des forêts et à renforcer la résilience et la stabilité écologiques.

Distribution des minéraux et des métaux dans les feuilles de jeunes cyprès irrigués (en haut) ou ayant poussé dans des conditions de sécheresse (en bas). Pendant la sécheresse, les niveaux de fer et de certains autres éléments chutent de manière significative.

« La prochaine étape consistera à déterminer la contribution exacte de chaque bactérie ou de chaque groupe de bactéries, et à déterminer quelles bactéries profitent à quels arbres », explique le Dr. Oppenheimer-Shaanan.

« Ce n’est qu’un début », déclare le Dr. Klein. « Plus nous en apprendrons sur ces interactions, plus nous serons en mesure de formuler un dictionnaire complet et précis, ce qui devrait nous permettre d’obtenir les résultats souhaités, ou d’éviter les résultats indésirables, en prenant soin de nos forêts. »

La science en chiffres

Selon la méthode de calcul mise au point dans le laboratoire du Dr Tamir Klein, un arbre de 10 mètres de haut dont le tronc a un diamètre de 20 centimètres piège 25 kilogrammes de carbone en un an. Environ 50 % de ce carbone est canalisé sous terre pour nourrir les racines, dont quelque 2,5 kilogrammes de carbone qui sont sécrétés par les racines dans le sol, surtout pendant la saison sèche.

Le Dr. Tamir Klein est titulaire de la Chaire de Développement de Carrière Edith et Nathan Goldenberg.