Silicium et champignons bénéfiques : Renforcer la résilience des plantes |
Ramalka H. Kasige, Ximena Cibils-Stewart, Adam Frew et Scott N. Johnson de l’Université Western Sydney en Australie, discutent de leur article : Interactions entre les champignons bénéfiques et le silicium végétal : une revue
Les plantes sont continuellement exposées à des stress – de la sécheresse, de la salinité et de la toxicité des métaux aux herbivores et pathogènes. Pour résister à ces défis, ils emploient plusieurs stratégies, notamment la formation d’associations mutualistes avec des champignons bénéfiques et l’accumulation de silicium (Si) dans leurs tissus. Les deux sont bien reconnus pour leur rôle indépendant dans la défense des plantes, mais ce n’est que récemment que les chercheurs ont commencé à explorer leurs effets combinés. Notre mini-revue synthétise quatre décennies de littérature pour évaluer la façon dont le Si et les champignons interagissent, les mécanismes qui sous-tendent ces interactions et leurs applications potentielles en agriculture et en écologie.
Le pouvoir des partenariats
Cette revue met en évidence les champignons mycorhiziens arbusculaires (AM) et Epichloë les endophytes comme principaux symbiotes fongiques bénéfiques. Bien que de nombreux endophytes fongiques existent dans la nature, la recherche sur le Si s’est principalement concentrée sur Epichloë espèces, notamment dans le cadre de la défense contre les insectes des graminées. Les champignons AM colonisent les racines des plantes et améliorent l’absorption de l’eau et des nutriments, tandis que Epichloë les endophytes vivent dans les pousses de graminées et peuvent renforcer les défenses de l’hôte. Le silicium, absorbé par les racines sous forme d’acide monosilicique, s’accumule dans les tissus végétaux, renforçant les barrières structurelles et modulant les réponses de défense des plantes. Indépendamment, le Si et les champignons peuvent améliorer la tolérance des plantes au stress, mais en combinaison, ils peuvent être encore plus efficaces.
Nous avons constaté que les champignons AM améliorent souvent l’absorption du Si, en particulier lorsque les niveaux de Si dans le sol sont faibles, ce qui constitue un avantage crucial pour les espèces naturellement pauvres en accumulateurs. À l’inverse, la supplémentation en Si peut augmenter la colonisation fongique des racines, créant ainsi une relation bidirectionnelle. Alors que la plupart des recherches sur le Si se sont concentrées sur les champignons AM, de nouvelles preuves suggèrent que Epichloë les endophytes peuvent également augmenter les niveaux foliaires de Si dans les graminées, renforçant ainsi la résistance aux herbivores.
Mécanismes d’interaction
Les champignons AM améliorent l’absorption du Si grâce à des modifications des racines, à la dissolution des silicates dans le sol, à la régulation positive des transporteurs de Si et à la stimulation de la transpiration. Ils activent également des voies de défense telles que la signalisation de l’acide jasmonique, qui est directement liée aux défenses à base de Si. Epichloë les endophytes semblent augmenter la densité des faisceaux vasculaires, influencer les réponses de défense de l’hôte et modifier la transpiration, tout cela favorisant une plus grande accumulation de Si. À son tour, le Si peut favoriser la colonisation fongique en stimulant la croissance des racines, en augmentant la disponibilité du carbone et en modifiant les parois cellulaires.
Synergie sous stress
À travers 35 études qui ont testé le Si et des partenariats fongiques bénéfiques (AM & Epichloë endophyte), près des trois quarts ont rapporté des résultats bénéfiques. Sous des stress abiotiques tels que la sécheresse, la salinité ou l’exposition aux métaux lourds, les plantes ont obtenu de bien meilleurs résultats lorsqu’elles ont reçu à la fois du Si et des champignons bénéfiques. Ensemble, ils ont amélioré l’absorption des nutriments, renforcé l’activité antioxydante et protégé la photosynthèse, entraînant une croissance plus saine et des rendements plus élevés.
Sous stress biotique, les résultats étaient plus variables mais toujours encourageants. L’addition de Si et les champignons bénéfiques réduisent souvent l’efficacité alimentaire et les taux de croissance des herbivores, agissant comme une double défense. Cependant, les résultats dépendaient du type de champignon, des espèces végétales et même de la guilde alimentaire de l’insecte.
Pourquoi c’est important
Alors que le changement climatique intensifie la pression sur l’agriculture, le besoin d’approches durables et respectueuses de l’environnement devient de plus en plus urgent. Le silicium est peu coûteux, largement disponible et sûr, tandis que des champignons bénéfiques sont déjà utilisés comme biofertilisants et biostimulants. Comprendre leurs interactions ouvre la voie à des cultures plus résilientes et à une dépendance réduite aux produits chimiques de synthèse.
Regarder vers l’avenir
Malgré les résultats encourageants, de nombreuses questions importantes restent sans réponse. La recherche s’est principalement concentrée sur le stress abiotique, avec moins d’études examinant les effets sur les herbivores ou la dynamique des communautés végétales. Il n’existe pas beaucoup de preuves sur la manière dont différents champignons bénéfiques, conditions du sol ou familles de plantes influencent les résultats. L’extension de ces travaux aux études sur le terrain et aux systèmes multi-espèces sera essentielle pour libérer tout le potentiel des partenariats fongiques bénéfiques au Si.
Pour l’instant, les preuves sont claires : lorsque le Si et les champignons bénéfiques s’associent, les plantes trouvent de puissants alliés. L’exploitation de ces défenses naturelles pourrait soutenir une agriculture plus durable dans un monde de plus en plus stressant.