Les champignons mycorhiziens arbusculaires (MA) sont de minuscules champignons vivant en harmonie avec les plantes, partageant leur diversité génétique et créant une atmosphère dynamique dans les racines et avec des microbes souterrains. Depuis des années, les scientifiques étudient les champignons MA, mais restent toujours aussi perplexes. L’organisme de ce champignon ressemble à un sac rempli de milliers de noyaux cellulaires, et on ne comprend pas encore parfaitement comment il coopère avec les plantes.
« Nous avions plusieurs questions sans réponse sur les champignons MA, principalement parce qu’ils ont toujours plusieurs noyaux et ne présentent pas de caractéristiques sexuelles observables, explique le professeur Nicolas Corradi, titulaire de la chaire en génomique microbienne du Département de biologie de l’Université d’Ottawa. On a avancé que les champignons MA possédaient une génétique singulière et qu’ils avaient connu une évolution non conventionnelle. »
Le professeur Corradi et ses collègues ont étudié la reproduction asexuée des champignons MA, particulièrement des Rhizophagus irregularis. En 2016, ils ont découvert des souches montrant des signes de reproduction sexuée, où deux populations de noyaux coexistaient dans de grosses cellules. « Nous avons découvert que les souches à deux populations (les hétérocaryons de champignons MA) sont plus résilientes et pourraient atteindre les racines des plantes plus facilement, ce qui en ferait de meilleurs biostimulants. »
« Les hétérocaryons de champignons MA ont deux haplotypes qui se séparent physiquement en de nombreux noyaux coexistants, phénomène unique. »
Nicolas Corradi
— Professeur titulaire de la chaire en génomique microbienne du Département de biologie
Toutefois, sans le génome complet, l’équipe de recherche ne pouvait pas savoir pourquoi ces souches sont de meilleurs symbiotes pour les plantes.
Pour résoudre cette énigme, le professeur Corradi et son équipe ont utilisé des techniques de séquençage avancées – notamment le séquençage de l’ARN et le séquençage de l’ADN de troisième génération – pour analyser les différences de structure, de contenu et d’expression entre les génomes coexistants.
« Les hétérocaryons de champignons MA ont deux haplotypes qui se séparent physiquement au sein d’un grand nombre (possiblement des millions) de noyaux coexistants. Ce phénomène n’est observable dans aucun autre organisme », soulève le professeur Corradi.
Les analyses ont également démontré que les deux populations agissent différemment selon leur environnement et leur plante hôte. « Nous avons découvert non seulement que les deux populations diffèrent énormément par leurs gènes, mais aussi que ces derniers s’expriment différemment et varient en abondance selon la plante avec laquelle elles interagissent », ajoute Nicolas Corradi.
Les interactions symbiotiques entre les champignons MA et les plantes hôtes sont essentielles à l’échange de nutriments, à la protection contre les agents pathogènes et à la viabilité de l’écosystème. En les étudiant, on pourrait améliorer les pratiques agricoles par la production de biostimulants adaptés, la stimulation de la croissance des plantes et la promotion de la santé des écosystèmes.
L’étude, intitulée « Arbuscular mycorrhizal fungi heterokaryons have two nuclear populations with distinct roles in host–plant interactions », a été publiée dans la revue Nature Microbiology.