Vivre en association ou comment la coopération symbiotique confère un avantage dans l’adaptation à la vie terrestre

Les auteurs d'une étude publiée dans la revue Microbiome ont cherché à comprendre comment la coopération symbiotique chez un organisme de la faune du sol (le cloporte commun) lui permet de jouer, à l’égal des vers de terre, un rôle clé dans la décomposition de la litière et la fertilité des sols.

Le cloporte commun Armadillidium vulgare est un organisme symbiotique détritivore membre de la faune du sol (© Marius BREDON)

Le cloporte commun Armadillidium vulgare est un organisme symbiotique détritivore membre de la faune du sol (© Marius BREDON)

La biomasse végétale représente sur la planète une énorme source renouvelable d’énergie et de biomatériaux. Cette biomasse est essentiellement constituée de lignocellulose un ensemble complexe dont la dégradation dans les écosystèmes terrestres n’est possible que grâce à l’action conjuguée de champignons, de bactéries et d’organismes décomposeurs. Ce processus de dégradation est essentiel au cycle du carbone et au fonctionnement de la plupart des écosystèmes terrestres.

L’acquisition et le maintien d’associations symbiotiques sont considérés comme des conditions nécessaires à la colonisation du milieu terrestre car les symbiotes permettent à l’hôte d’utiliser des ressources alimentaires de faible qualité. Ainsi, les symbiotes du tube digestif des arthropodes qui se nourrissent de plantes sont connus pour augmenter l’efficacité de la dégradation de la lignocellulose et/ou pour fournir des nutriments rares à leurs hôtes.

Dans le monde vivant, les organismes capables de dégrader par leurs propres moyens la lignocellulose, comme certains champignons et certaines bactéries, sont très rares et la plupart engagent des coopérations avec des membres du microbiote (ensemble des microorganismes associés à l’hôte) contenu dans leurs tubes digestifs ou dans des organes spécialisés comme chez les ruminants ou les termites. Les invertébrés du sol membres de la faune des décomposeurs font face au même défi : comment dégrader efficacement la biomasse végétale ? Si beaucoup d’espèces possèdent certaines enzymes spécialisées, ou CAZymes pour Carbohydrate-Active enZymes, très peu possèdent un répertoire complet leur permettant une digestion efficace. Pour pouvoir digérer les débris végétaux dont ils se nourrissent, ils doivent donc mettre en place des coopérations avec les microorganismes symbiotiques qu’ils hébergent.
L’analyse de ces systèmes d’interactions dans le superorganisme (ou holobionte) associant hôte et microbiote est un enjeu scientifique qui doit permettre i) de mieux comprendre, d’un point de vue fondamental, comment s’établissent les associations symbiotiques dans le monde vivant, ii) de mesurer l’impact de ces interactions sur l’évolution des espèces et iii) d’ouvrir des perspectives dans la recherche de nouvelles stratégies innovantes dans la valorisation de la biomasse végétale.

Dans ce cadre, les isopodes terrestres ou cloportes constituent un modèle unique car ce sont des Crustacés appartenant à la macrofaune des décomposeurs ayant conquis avec succès les écosystèmes terrestres. Des études précédentes ont montré qu’ils sont très perméables aux bactéries environnementales [1]. Une grande diversité symbiotique a été observée dans leur tractus digestif [2, 3, 4] mais le rôle fonctionnel de ce microbiote dans la nutrition est encore mal compris. L’étude parue dans la revue Microbiome avait pour objectif d’évaluer les contributions respectives de l’hôte et de ces microorganismes symbiotiques dans ce processus clé de l’adaptation à la vie terrestre.

Pour ce faire les auteurs ont identifié tous les gènes codant des CAZymes dans l’holobionte du cloporte commun Armadillidium vulgare. Les résultats montrent l’existence d’un répertoire enzymatique complémentaire entre l’hôte et son microbiote pour assurer la digestion de la lignocellulose à l’instar de ce qui est connu chez les termites. Les communautés microbiennes impliquées peuvent être différentes selon l’origine et le régime alimentaire des hôtes. Cependant, les chercheurs enregistrent une redondance fonctionnelle qui permet d’assurer la dégradation de la lignocellulose quelque que soit le type d’association.

Les résultats de cette étude permettent d’apporter un regard nouveau sur le rôle des associations symbiotiques dans les mécanismes d’adaptation à la sortie de l’eau d’un groupe de crustacés ayant enregistré un succès évolutif majeur dans la conquête du milieu terrestre. Elles apportent également des informations sur l’activité biologique et la fertilité des sols.

Outre cet aspect fondamental, cette étude ouvre des perspectives dans la recherche de stratégies innovantes de valorisation de la biomasse végétale. En effet, certaines espèces de cloportes sont inféodées à des milieux tels que les sols forestiers ou les composts. L’identification de CAZymes, jusqu’ici inconnues, chez ces espèces et leur cortège microbien ouvrent des perspectives en terme de technologie inspirées de la nature telles que la valorisation des déchets agricoles dans des domaines aussi variés que les biocarburants, les biogaz et les biomatériaux.

Références citées dans le texte :
[1] Dittmer J, Lesobre J, Moumen B & Bouchon D (2016) Host origin and tissue microhabitat shaping the microbiota of the terrestrial isopod Armadillidium vulgare. FEMS Microbiol. Ecol. 92(5):fiw063.
[2] Bouchon D, Zimmer M & Dittmer J (2016) The terrestrial isopod microbiome: an all-in-one toolbox for animal–microbe interactions of ecological relevance. Front. Microbiol. 7:1472.
[3] Dittmer J, Beltran‐Bech S, Lesobre J, Raimond M, Johnson M & Bouchon D (2014) Host tissues as microhabitats for Wolbachia and quantitative insights into the bacterial community in terrestrial isopods. Molecular Ecology 23(10):2619-2635
[4] Dittmer J & Bouchon D (2018) Feminizing Wolbachia influence microbiota composition in the terrestrial isopod Armadillidium vulgare. Scientific reports 8 (6998 ) doi :10.1038/s41598-018-25450-4


Reference de la publication :
Bredon M., Dittmer J., Noel C., Moumen B. & Bouchon D. - Lignocellulose degradation at the holobiont level: teamwork in a keystone soil invertebrate. Microbiome (in press) DOI : 10.1186/s40168-018-0536-y

Contact chercheur :
Didier BOUCHON
Universite de Poitiers, Laboratoire Ecologie et Biologie des Interactions - UMR CNRS 7267
http://ebi.labo.univ-poitiers.fr/
didier.bouchon@univ-poitiers.fr

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Dernière mise à jour le 19 septembre 2018


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