Importance des microbiotes du sol à l’homme pour le concept de One Health
Cette nouvelle publication est consacrée au concept de One Health.
Le sol, les plantes, les animaux et les êtres humains partagent une grande diversité de microorganismes tels que les virus, les bactéries, les archées, les champignons et les protistes. L’ensemble de ces espèces forme des communautés spécifiques appelées microbiotes. Ils jouent alors un rôle essentiel dans la santé de l’homme et des écosystèmes. Au cours de dernières décennies, la recherche sur le microbiome est devenu un sujet de grand intérêt scientifique et public. De nombreuses études émergent notamment sur l’influence de la composition du microbiome et de ses relations avec l’hôte.
L’approche d’éco-holobionte, similaire à l’approche du concept One Health suggère que l’interaction entre les microbiomes biotiques et environnementaux forme une boucle microbienne. Cette dernière influencerait la constitution des holobiontes pour tous les organismes vivants au sein d’un écosystème. Parmi tous les microbiomes, le microbiome du sol est primordial. Car, il exerce de nombreuses fonctions qui contribuent directement ou indirectement à la santé du sol, des plantes, des animaux et de l’homme.
Le concept d’Eco-holobionte
Hôte-microbiome : co-évolution et interactions constantes
Le microbiome correspond à l’ensemble des génomes et microbiotes occupant un environnement particulier. Cette notion tient compte des interactions entre les microorganismes et les conditions environnementales qui les entourent. Les microbiomes jouent un rôle essentiel dans la santé de l’hôte qui l’héberge. L’hôte et son microbiome forme ainsi l’holobionte dans laquelle le microbiome fournit une extension génomique et fonctionnelle à l’hôte.
Plusieurs théories supposent que l’hôte et le microbiome ont évolué ensemble et qu’ils s’enrichissent mutuellement. Des résultats récents démontrent notamment que, malgré leur composition microbienne distincte, les plantes et les intestins partagent les mêmes taxons microbiens (Mendes, 2015). D’autres données révèlent que les microbiomes des plantes proviennent du sol et/ou de l’air et sont régulièrement échangés entre les fleurs et les pollinisateurs ou entre les feuilles et les herbivores.
Les interactions hôtes-microbiomes sont généralement influencées par la génétique et l’état nutritionnel de l’hôte. Mais des variables abiotiques (sols, eau, air), notamment pour les plantes, les influencent également.
Eco-holobionte : une approche holistique pour mieux comprendre les interactions hôte-micro-organismes
Une nouvelle approche propose d’étendre le concept d’holobionte à celui d’éco-holobionte. Ce concept correspond aux interactions entre les microbiomes d’un même écosystème. Le concept d’éco-holobionte suggère que l’interaction entre les microbiomes biotiques (plantes et animaux) et environnementaux (sol, eau, air) forme une boucle microbiologique susceptible d’influencer la constitution des holobiontes pour tous les organismes vivants au sein d’un écosystème.
Une forte contribution du microbiome du sol
Le sol, un réservoir renfermant une grande diversité de microorganismes
Les sols sont particulièrement riches en microorganismes. Ils abritent notamment le microbiome le plus diversifié et le plus complexe de la planète. En effet, il renferme souvent plus de 0,5 mg de biomasse microbienne carbonée et plus de 50 000 espèces par gramme. Les microorganismes dominants dans le sol sont généralement des bactéries et des champignons, dont la biomasse est supérieure à celle des protistes et des archées, suivis par les particules virales.
Le sol, grand contributeur des microbiomes végétaux, animaux et humains
Une étude récente (Banerjee, 2023) met en avant l’importance des communautés microbiennes du sol en soulignant leur contribution directe ou indirecte à la santé des plantes, des animaux et des humains.
En tant que réservoir microbien, le sol détermine en premier lieu le microbiome des plantes. Les composants spécifiques du microbiote du sol se rassemblent dans la rhizosphère des plantes. Et, elles sont ainsi incorporés dans les racines de sorte que les plantes bénéficient d’un sous-ensemble du microbiome du sol. Les bactéries favorisant la croissance des plantes peuvent également être transmises verticalement par les semences.
Parallèlement, le sol détermine également le microbiome intestinal de l’homme et de l’animal. En effet, le microbiote végétal renferme des microorganismes issus du sol. Ces microorganismes sont susceptibles d’être retrouvés dans le microbiome intestinal des humains et des animaux. Pour exemple, les agriculteurs et les animaux d’élevage sont régulièrement exposés aux sols, de même que nous inhalons des particules de sol comprenant des microorganismes à travers la poussière. Toutefois, l’apport alimentaire reste le principal contributeur à la composition du microbiome intestinal de l’homme et de l’animal.
Santé végétale : l’importante contribution du microbiome des plantes
Différents compartiments du microbiote végétale
Diverses communautés microbiennes (bactéries, champignons, protistes, nématodes et virus) sont présentes sur et à l’intérieur des plantes. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont permis d’approfondir les connaissances sur les interactions complexes entre la plante, les communautés microbiennes associées et l’environnement. Ces travaux ont notamment souligné l’importance de la composition du microbiote végétal pour la croissance et la santé des plantes (Triveldi, 2020).
Chaque plante possède un « microbiote de base ». Il se compose de membres de la communauté microbienne ubiquistes et persistants dans la quasi-totalité des communautés d’un hôte spécifique. Ces membres sont recrutés de manière sélective et enrichis en parallèle. Selon les compartiments de la plante, il existe de nettes différences dans la composition du microbiome. Dans la partie endophytique, les phyla les plus fréquemment rencontrés sont les Proteobacteria et les Firmicutes, suivies par les Bacteroidetes. Dans la phyllosphère, la principale communauté est constituée de bactéries appartenant au phyla des Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes et Actinobacteria.
Des interactions complexes entre plante et microorganismes
Des études récentes ont identifié les facteurs clés qui influencent l’assemblage du microbiote des plantes. Elles ont notamment permis d’établir un lien entre certains taxons et gènes microbiens et la colonisation des plantes, leur physiologie et leurs caractéristiques physiques. En effet, l’assemblage sélectif des microbiomes végétaux nécessite des interactions multiples et complexes plante-microorganismes et microorganismes-microorganismes. La plante interagit avec le microbiome tout au long de son développement en libérant des exsudats racinaires tels que des acides organiques, des sucres et des métabolites secondaires. Parallèlement, les microorganismes du sol agissent comme « banques de semences ». Ils diversifient alors leur potentiel génomique pour dégrader, utiliser et métaboliser les différents substrats métaboliques présents dans l’exsudat racinaire.
Contribution à la santé de la plante
Ces interactions complexes maintiennent l’équilibre entre les différents membres de la communauté microbienne en faveur des microorganismes bénéfiques à la santé des plantes. Les avantages sont apportés à travers divers mécanismes directs ou indirects (stimulation de la croissance, contrôle du stress et défense contre les pathogènes et ravageurs). De plus, ils peuvent être initiés dans n’importe quelle partie de la plante bien qu’ils soient principalement déclenchés sous terre.
La promotion de la croissance des plantes est assurée par des effets directs médiés par la fixation de l’azote, le déblocage des nutriments essentiels des minéraux et l’amélioration d’absorption des nutriments du sol. D’autres effets directs contribuant à la croissance des plantes sont médiés par l’atténuation du stress abiotique grâce à la production de molécules spécifiques telles que les hormones végétales et les enzymes de détoxification.
Le microbiome de la plante est également capable de lui apporter des bénéfices indirects en induisant une résistance systémique aux agents pathogènes et ravageurs. L’impact de la défense naturelle induite les microorganismes sur la santé des plantes est plus clairement démontré dans les sols. En stimulant et enrichissant les microorganismes du sol, les exsudats des racines constituent une première ligne de défense contre les pathogènes transmis par le sol.
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Sources pour rédiger l’article « Importance des microbiotes du sol à l’homme pour le concept de One Health »
Aprifel, 2023. Microbiote du sol, des plantes, animal et humain : qu’ont-ils à nous apprendre ?
Banerjee S, van der Heijden MGA. Soil microbiomes and one health. Nat Rev Microbiol. 2023 Jan;21(1):6-20.
Brajesh K. Singh et al. Eco-holobiont: A new concept to identify drivers of host-associated microorganisms. Environmental Microbiology, 2020;22(2):564–567.
Mendes, R., and Raaijmakers, J.M. Cross-kingdom similarities in microbiome functions. ISME J. 2015;9:1905.
Trivedi, P., et al. Plant–microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nat Rev Microbiol 2020;18: 607–621
