Séquençage de Sinorhizobium meliloti, la bactérie qui permet à la luzerne de pousser en utilisant l'azote de l'air

Paris, le 25 juillet 2001

Le génome de la bactérie Sinorhizobium meliloti est constitué de trois parties distinctes. La partie principale correspond au chromosome d'une bactérie non capable de fixer l'azote en symbiose avec une plante. Les deux autres parties auraient été acquises ultérieurement et de façon successive par la bactérie. La première lui a permis de vivre dans l'environnement immédiat des racines des plantes, la rhizosphère, milieu riche en molécules organiques excrétées par les racines et où la compétition entre les nombreuses bactéries présentes est forte. La deuxième l'a rendue capable d'induire la formation de nodules sur les racines d'une Légumineuse et d'assimiler l'azote atmosphérique. L'acquisition de l'information génétique ayant permis ce rapprochement graduel des légumineuses et des bactéries s'est probablement faite par transfert horizontal, c'est à dire par échange entre des bactéries qui ne sont pas génétiquement proches.

Le séquençage complet de la bactérie S. meliloti (qui forme une association symbiotique notamment avec la luzerne) va permettre aux chercheurs d'analyser plus efficacement les mécanismes d'établissement de la symbiose et de son fonctionnement, en particulier l'intégration des métabolismes de la plante et de la bactérie au cours de la fixation de l'azote. D'autant plus que S. meliloti est également la bactérie symbiotique de la légumineuse modèle Medicago truncatula, qui fait, elle aussi, l'objet d'un effort de recherche international. Les chercheurs ont décrypté la séquence du génome de S. meliloti (6,7 millions de caractères), ils ont localisé les gènes sur la séquence et prédit leur fonction probable, par comparaison des séquences avec les informations disponibles dans les banques de données. Dans un deuxième temps, ils vont pouvoir étudier quels sont les ensembles de gènes mobilisés durant les différentes étapes de la symbiose : reconnaissance de la plante par la bactérie, nodulation, infection, assimilation de l'azote atmosphérique. L'étude globale de l'expression des gènes (transcriptome) sera particulièrement instructive pour comprendre les mécanismes physiologiques à l'œuvre.

Les perspectives pour l'agriculture sont importantes. L'objectif de ces recherches est à terme de favoriser l'utilisation de l'azote atmosphérique dans le contexte d'une agriculture durable, tout en diminuant l'utilisation des engrais azotés (nitrates) qui sont coûteux et polluants, lorsqu'ils sont en excès. L'intensification de la culture des légumineuses, (luzerne, soja, pois, féverole, etc.) qui présentent l'intérêt d'être cultivables sans engrais azotés et qui de surcroît sont riches en protéines de bonne qualité sanitaire, serait un premier pas dans cette direction. Le transfert d'une capacité de fixation symbiotique de l'azote, même modeste, aux céréales reste un objectif à long terme, mais que les travaux actuels permettent d'entrevoir.

http://sequence.toulouse.inra.fr/meliloti.html

¹ Laboratoire de génétique et développement (CNRS - Université de Rennes 1, Rennes)

² Laboratoire de biologie moléculaire des relations plantes-microorganismes (CNRS - INRA,Toulouse)

³ La symbiose rhizobium-légumineuses
Les bactéries collectivement appelées rhizobium forment avec les plantes de la famille des légumineuses (luzerne, soja, pois, féverole pour ne citer que des exemples d'intérêt agricole) une association à bénéfices réciproques appelée symbiose. Les rhizobium sont des bactéries du sol capables d'induire sur les racines des légumineuses la formation d'organes particuliers, les nodosités, au sein desquels ils sont capables d'assimiler l'azote de l'air, ce qu'aucune plante n'est capable de faire directement. Dans cette association, la plante fournit une niche protectrice et de l'énergie aux bactéries qui, en échange, synthétisent de l'ammoniac, source d'azote assimilable pour leur hôte. Cette symbiose rhizobium-légumineuses fournit chaque année, à l'échelle de la planète, une quantité d'azote équivalente à celle synthétisée par voie chimique dans l'industrie des engrais, et joue donc un rôle écologique et économique considérable.

⁴ F. Galibert et al., The Composite Genome of the Legume Symbiont Sinorhizobium meliloti, Science, 27/01/2001

Contacts scientifiques :