Variation in arbuscular mycorrhizal status among cordate fern gametophytes in relation to phylogeny, habitat, and gametophyte structure
Cette étude révèle que les associations mycorhiziennes à arbuscules chez les gamétophytes de fougères cordiformes présentent une variation significative à travers la phylogénie, l'habitat et la dépendance physiologique, les espèces non mycorhiziennes se trouvant exclusivement dans des environnements non terrestres.
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Les fougères sont des plantes anciennes qui racontent une histoire de la vie sur terre différente de celle des arbres et des fleurs que nous voyons chaque jour. Contrairement à la plupart des plantes qui poussent à partir de graines, les fougères ont un cycle de vie en deux parties. D'abord, une spore atterrit et se transforme en une minuscule plante indépendante en forme de cœur, appelée gamétophyte. Ce petit stade vit de manière autonome, effectuant la photosynthèse et grandissant, avant de produire finalement la plante à feuilles familière que nous reconnaissons, appelée sporophyte. Pendant longtemps, les scientifiques savaient que de nombreuses fougères adultes forment des partenariats secrets avec des champignons vivant dans le sol pour les aider à se nourrir. Ces champignons, appelés champignons mycorhiziens arbusculaires, agissent comme une extension biologique des racines de la plante, l'aidant à puiser des nutriments dans la terre. Cependant, parce que les minuscules gamétophytes en forme de cœur sont si petits et difficiles à trouver dans la nature, les chercheurs en savaient très peu sur la question de savoir si ces jeunes plantes fabriquaient aussi ces amis fongiques, ou si elles vivaient seules.
Une équipe de chercheurs au Japon s'est donné pour mission de résoudre ce mystère en étudiant les vies cachées de quarante espèces différentes de ces gamétophytes de fougères en forme de cœur. Ils ont collecté ces minuscules plantes dans des forêts et sur des falaises à travers le Japon, utilisant des outils d'ADN modernes pour identifier exactement de quelles espèces il s'agissait, une tâche qui était presque impossible par la simple observation au microscope. Une fois identifiés, les scientifiques ont soigneusement découpé les gamétophytes pour voir si des filaments fongiques vivaient à l'intérieur d'eux. Ils ont également cultivé de nombreuses de ces espèces dans des expériences contrôlées en sol, certaines avec l'ajout de ces champignons utiles et d'autres sans, afin de voir à quel point ces plantes dépendaient de ces partenaires pour croître.
Les résultats ont révélé une diversité surprenante dans la façon dont ces fougères vivent. Les chercheurs ont découvert que la relation avec les champignons n'est pas la même pour chaque fougère. Certaines espèces sont complètement dépendantes des champignons ; elles ne peuvent pas survivre ou bien croître sans eux. D'autres sont flexibles, capables de croître avec ou sans les partenaires fongiques selon ce qui est disponible dans leur environnement. Un troisième groupe, de manière surprenante, ne semble pas du tout utiliser ces champignons. Cette variété n'était pas aléatoire ; elle suivait des modèles clairs liés à l'histoire familiale des fougères et à l'endroit où elles vivent. Les fougères qui vivent au sol, dans la terre, étaient les plus susceptibles d'avoir ces partenariats fongiques. En revanche, les fougères qui poussent sur les troncs d'arbres ou sur les rochers, connues sous le nom d'épiphytes et d'épilithes, n'avaient presque jamais ces amis fongiques.
L'étude a également examiné la structure physique des gamétophytes pour comprendre pourquoi certaines pouvaient héberger des champignons et d'autres non. Les plantes en forme de cœur possèdent un centre épaissi, semblable à un coussin, où les champignons entrent généralement. Les chercheurs ont découvert que les espèces dotées de coussins épais et robustes étaient celles qui accueillaient systématiquement les champignons. Les espèces qui n'hébergeaient pas de champignons avaient des coussins beaucoup plus fins. Cela suggère que la structure physique de la plante joue un rôle clé dans la détermination de sa capacité à former ce partenariat. Lorsque les scientifiques ont cultivé les plantes en laboratoire, ils ont observé que les espèces qui dépendaient fortement des champignons devenaient beaucoup plus grandes en leur présence, devenant parfois plusieurs fois plus grandes que celles cultivées sans eux. D'autres espèces poussaient très bien, qu'il y ait des champignons ou non, confirmant ainsi qu'elles n'ont pas besoin du partenariat pour survivre.
En comparant l'ADN de ces quarante espèces, les chercheurs ont retracé la manière dont ces relations ont évolué sur des millions d'années. Ils ont découvert que les branches les plus anciennes de l'arbre généalogique des fougères étaient presque entièrement composées d'espèces qui dépendaient des champignons. À mesure que les fougères évoluaient et devenaient plus diverses, certaines lignées ont commencé à perdre cette dépendance. Le groupe de fougères le plus avancé et le plus diversifié, qui comprend de nombreuses espèces communes que nous voyons aujourd'hui, présentait la plus grande gamme de comportements, allant de la dépendance totale à l'indépendance totale. Ce modèle suggère que la capacité de vivre sans ces partenaires fongiques est un trait plus récent qui s'est développé à mesure que les fougères s'adaptaient à différents environnements, particulièrement en s'éloignant du sol et en s'installant sur les arbres et les rochers où les champignons sont moins communs.
Ce travail change notre compréhension de la vie des fougères. Il montre que le minuscule stade, souvent négligé, de la vie en forme de cœur des fougères est tout aussi complexe et varié que le grand stade feuillu. L'étude confirme que si de nombreuses fougères comptent sur les champignons pour prospérer, ce n'est pas une règle universelle. Au lieu de cela, différentes familles de fougères ont suivi des chemins évolutifs différents, certaines conservant le partenariat ancien et d'autres le laissant de côté alors qu'elles s'adaptaient à de nouvelles façons de vivre. Les découvertes soulignent que le succès d'une plante ne dépend pas seulement de sa propre biologie, mais aussi des réseaux invisibles de champignons qu'elle choisit de garder ou de laisser derrière elle.
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