Methylobacterium dans la phyllosphère : l'importance écologique et évolutive des interactions entre bactéries et plantes hôtes

La phyllosphère est un des plus vastes habitats terrestres pour les microorganismes; elle consiste en l’ensemble des parties aériennes des plantes. Les surfaces des feuilles abritent des communautés microbiennes très diversifiées, principalement dominées par les bactéries. Celles-ci jouent des rôles écologiques clés au sein des écosystèmes. Elles peuvent causer des maladies tout comme promouvoir la croissance et la santé de leur hôte, et elles participent aux cycles biogéochimiques et à la régulation du climat. Un lien positif a même été tracé entre la diversité bactérienne foliaire et la productivité des écosystèmes forestiers, bien que la relation de causalité n’ait pas été démontrée jusqu’ici. La phyllosphère a été étudié chez tous les types de plantes et de biomes, incluant chez les arbres de la forêt tempérée, qui couvre près de 7 millions km2 de la surface terrestre. Methylobacterium est un genre bactérien omniprésent de la phyllosphère, qui compte plus d’une centaine d’espèces. Ces bactéries méthylotrophes sont notamment reconnues pour stimuler la croissance de leurs plantes hôtes par la sécrétion de phytohormones, ce qui fait d’elles des taxons clés dans le fonctionnement des écosystèmes. L’analyse du pangénome de Methylobacterium – l’ensemble des gènes de toutes les espèces – a mis en lumière l’histoire évolutive du genre, ainsi que ses principales capacités métaboliques. Au sein de la phyllosphère, la feuille de chaque espèce végétale possède des caractéristiques morphologiques et phytochimiques uniques qui agissent comme un filtre environnemental pour les bactéries. L’espèce de plante hôte est en effet un des facteurs écologiques les plus influents sur la structure des communautés de Methylobacterium. Or, on ne connaît toujours pas les gènes bactériens qui sous-tendent les adaptations à différentes espèces d’hôtes. Le but de mon mémoire était, d’une part, de mieux comprendre comment l’espèce hôte façonne l’écologie et l’évolution de Methylobacterium au sein de la phyllosphère de la forêt tempérée, et d’autre part, d’investiguer la relation causale entre la biodiversité bactérienne de la phyllosphère et la croissance des plantes hôtes. Plus précisément, les objectifs de mon premier chapitre consistaient à quantifier l’influence de l’espèce hôte sur les structures taxonomique et génétique des communautés de Methylobacterium; identifier les bases géniques des adaptations de Methylobacterium aux espèces hôtes; et évaluer la nature adaptative du pangénome accessoire de Methylobacterium. Les objectifs de mon deuxième chapitre étaient de clarifier le lien causal entre richesse bactérienne foliaire et productivité de l’hôte; de révéler le rôle des souches bactériennes dans la relation diversité-productivité; et d’évaluer la contribution relative des différents mécanismes écologiques sous-tendant cette relation dans la phyllosphère. Dans le cadre de mon premier chapitre, en combinant l’analyse des métagénomes des communautés foliaires d’une forêt tempérée du Québec méridional avec l’analyse du pangénome de Methylobacterium, j’ai révélé que l’espèce de plante hôte façonnait grandement la structure des communautés bactériennes et de Methylobacterium. Les associations dévoilées entre gènes et espèces hôtes suggèrent que la lumière du soleil et la phénologie des feuilles exercent des pressions de sélection fortes qui entraînent d’importantes divergences dans la composition taxonomique et génétique des communautés résidant respectivement sur les arbres et les arbustes, et sur les conifères et les feuillus. Une partie du pangénome accessoire de Methylobacterium semble jouer un rôle dans les adaptations à l’hôte. Dans le cadre de mon deuxième chapitre, à l’aide de communautés synthétiques composées de souches de Methylobacterium, j’ai révélé qu’une augmentation de la richesse bactérienne de la phyllosphère entraînait globalement une augmentation de la croissance de l’hôte, que les souches pouvaient avoir un effet positif, neutre ou négatif sur l’hôte et que la composition des communautés façonnait la relation diversité-productivité, en raison de la complémentarité des niches. Mon mémoire met en lumière l’importance des interactions entre Methylobacterium et ses plantes hôtes. En liant les gènes à l’écologie de Methylobacterium, mes travaux soulignent l’apport fondamental de la biodiversité floristique dans l’écologie et l’évolution des bactéries, tout comme le rôle clé de leurs communautés phyllosphériques dans le fonctionnement des écosystèmes terrestres. Les hypothèses écologiques qui ont émergé de mon étude serviront à guider la recherche future sur Methylobacterium et la phyllosphère, un écosystème microbien au fort potentiel pour augmenter la résilience des cultures et des forêts face aux changements globaux. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écologie microbienne, phyllosphère, Methylobacterium, métagénome, pangénome, gènes, adaptation, biodiversité-productivité, communautés synthétiques.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.