The microbial community living within the rust fungus Uromyces hawksworthii assessed through metagenome analysis

Les rouilles sont parmi les pathogènes végétaux les plus performants sur Terre, infectant les cultures et les plantes sauvages avec un cycle de vie complexe qui nécessite souvent deux plantes hôtes différentes pour s'accomplir. Ces champignons produisent plusieurs types distincts de spores à différents stades de leur développement, notamment des écidiospores et des téliospores, qui servent de vecteurs de propagation de la maladie. Depuis des décennies, les scientifiques savent que ces spores ne sont pas stériles ; elles abritent souvent une communauté cachée d'autres micro-organismes, incluant des bactéries et des champignons, qui vivent sur ou à l'intérieur d'elles. Certains de ces voisins sont des hyperparasites, des organismes qui se nourrissent de la rouille elle-même. Comprendre exactement qui vit à l'intérieur de ces spores et comment leurs communautés changent à mesure que la rouille mûrit pourrait révéler de nouvelles façons de gérer ces maladies végétales destructrices, potentiellement en encourageant les ennemis naturels de la rouille à accomplir le travail de contrôle.

Dans une étude récente, des chercheurs ont entrepris de cartographier ce monde invisible au sein du champignon de la rouille Uromyces hawksworthii, une espèce qui infecte les plantes de la famille des viscoacées. L'équipe s'est concentrée sur deux stades spécifiques de la vie de la rouille : l'acéium, qui produit des écidiospores, et le télium, qui produit des téliospores. Bien que ces deux stades aient été précédemment distingués uniquement par leur apparence physique sous un microscope, les chercheurs soupçonnaient que les communautés microbiennes vivant à l'intérieur de ceux-ci pourraient être fondamentalement différentes. Pour le découvrir, ils ont collecté des spores à partir de feuilles infectées au Brésil et ont utilisé une technique de séquençage génétique puissante pour lire l'ADN de chaque bactérie et champignon présent dans les échantillons. Cette approche a permis d'identifier les types spécifiques de microbes sans avoir besoin de les cultiver en laboratoire, fournissant ainsi un recensement complet des résidents microbiens.

L'analyse a révélé que, bien que certains groupes de bactéries et de champignons soient communs aux deux stades de la rouille, la composition globale de ces communautés change radicalement à mesure que la rouille mûrit. Dans le stade précoce de l'acéium, la communauté bactérienne était dominée par deux groupes majeurs, les Proteobacteria et les Actinobacteria, et présentait une plus grande variété de types bactériens différents. Cependant, à mesure que la rouille progressait vers le stade du télium, le paysage bactérien a changé, les Firmicutes et les Cyanobacteria devenant beaucoup plus prédominants. Les résidents fongiques ont montré un schéma de changement similaire. Bien que certaines classes de champignons soient présentes aux deux stades, la phase du télium héberge un nombre nettement plus élevé de types de champignons différents, incluant des groupes comme les Exobasidiomycetes et les Pucciniomycetes, qui étaient beaucoup moins communs lors de la phase initiale de l'acéium.

Ces découvertes suggèrent que la communauté microbienne à l'intérieur d'une spore de rouille n'est pas statique mais évolue parallèlement au champignon lui-même. Les chercheurs ont constaté que les différences entre ces populations microbiennes étaient si distinctes qu'elles pouvaient être utilisées pour différencier les stades acéium et télium, même en examinant uniquement les données génétiques. Cette distinction est cruciale car elle implique que l'environnement à l'intérieur de la spore change de manières qui favorisent différents types d'hyperparasites à différents moments. Par exemple, la plus grande diversité de bactéries lors de la phase d'acéium et la plus grande diversité de champignons lors de la phase de télium pourraient indiquer que ces stades sont plus susceptibles d'être infectés par des microbes spécifiques à ces moments-là, ou qu'ils fournissent des ressources plus riches pour eux. En comprenant ces changements microbiens spécifiques, les scientifiques pourraient éventuellement identifier quels ennemis naturels sont les plus efficaces pour attaquer les champignons de la rouille à des points précis de leur cycle de vie, offrant ainsi une approche plus ciblée du contrôle biologique.

L'étude a également confirmé que les structures physiques des spores, telles que leurs pores de germination et leurs parois protectrices, jouent un rôle dans la façon dont ces communautés s'assemblent. Les chercheurs ont noté que les champignons hyperparasites entrent souvent par ces ouvertures spécifiques, et la nature changeante de la paroi de la spore et de son contenu chimique à mesure que la rouille se développe influence probablement quels microbes peuvent survivre et prospérer. Bien que l'article ne prétende pas avoir résolu le problème des maladies de la rouille, il fournit un portrait clair et fondé sur des données de la manière dont le monde microbien au sein de ces spores est structuré. Les résultats indiquent que les phases d'acéium et de télium ne sont pas seulement morphologiquement différentes, mais sont des environnements écologiquement distincts, chacun soutenant une communauté unique de bactéries et de champignons qui pourrait être exploitée pour protéger les cultures et les écosystèmes naturels contre ces pathogènes persistants.