Endophytes nodulaires 4.1- Aperçu général

Les bactéries endophytes peuvent être définies comme les bactéries qui colonisent le tissu interne de la plante, ne montrant aucun signe externe d'infection ou d'effet négatif immediat sur leur plante hôte (Schulz & Boyle, 2006 ; Reinhold-Hurek & Hurek, 2011). La plupart des endophytes semblent provenir de la rhizosphère ou de la phyllosphère. Cependant, certains peuvent être transmis par la semence qui est le transfert horizontal (Hallmann et al., 1997). Ces bactéries ont la capacité de se fixer à la surface des racines (rhizoplane), mais sont plus spécialisées, car ils possèdent la capacité de pénétrer à l'intérieur des tissus racinaires et ont un accès direct aux composés organiques présents dans l'apoplaste. En occupant cet emplacement endophytique privilégié, ces bactéries n'ont pas à faire face à la concurrence de leurs homologues comme celles rencontrées dans la rhizosphère ou dans le sol (Kanchana et al., 2013a, b). Elles interagissent étroitement avec leur plante hôte pour obtenir des nutriments facilement disponibles et sécurisent également un habitat amical à l'intérieur de l'espace intercellulaire apoplastique (Weyens et al., 2009). Ces bactéries colonisent activement divers

27 tissus végétaux tels que les fleurs, les fruits, les feuilles, les tiges, les racines et les graines (Azevedo et al., 2000 ; Kobayashi & Palumbo, 2000) tout en établissant des liens à long terme avec la plante (Hardoim et al., 2008). Il a été rapporté par Muresu et al. (2008) que les tiges et les racines de la majorité des espèces végétales étudiées contiennent environ 10³ à 10⁶ de bactéries endophytes par gramme de tissu végétal, dont les plus fortes densités sont observées dans les racines et diminuent de la tige aux feuilles. Strobel & Daisy (2003) estiment que parmi les 300.000 espèces de plantes qui existent sur terre, chaque plante est l'hôte d'un ou plusieurs endophytes appartenant à différents genres et espèces. Il semble que les bactéries qui s'adaptent le mieux à vivre à l'intérieur des plantes sont naturellement choisies et sélectionnées sur un grand nombre d’espèces vivant dans le sol ou la rhizosphère par la plante hôte. Cependant, le mécanisme par lequel les plantes sélectionnent leurs populations endophytes n’est pas encore compris (Ibáñez et al., 2009). La densité de population des endophytes est très variable et dépend principalement des espèces bactériennes, le génotype de la plante hôte et de son stade de développement ainsi que les conditions environnementales (Tan et al., 2003 ; Dudeja & Nidhi, 2014). Différents tissus végétaux peuvent abriter des communautés endophytes distinctes (Chi et al., 2005 ; Johnston-Monje & Raizada, 2011). En effet, après la colonisation initiale, certains endophytes peuvent se déplacer vers d'autres zones de la plante en entrant dans les tissus vasculaires (Compant et al., 2005; Johnston-Monje & Raizada, 2011). Selon Gaiero et al. (2013), la distribution des endophytes dans les plantes dépend d'une combinaison de la capacité des endophytes à coloniser les tissus végétaux et de l'allocation des ressources végétales.

4.2- Infection

Pour entrer à l'intérieur du système racinaire, le processus de pénétration d'endophytes ne nécessite pas automatiquement de mécanisme actif, et presque toutes les bactéries de la rhizosphère peuvent être en effet endophytiques à n'importe quel stade de leur vie (Hardoim et al., 2008). La pénétration peut avoir lieu à des fissures, comme celles qui se produisent sur les sites d'émergence des racines ou créé par les microorganismes nuisibles, des extrémités des racines (Reinhold-Hurek & Hurek, 2011), des stomates (Roos & Hattingh, 1987), des lenticelles (Scott et al., 1996), des radicules de germination (Gagne et al ., 1987) et à des poils absorbants (Huang, 1986). Lorsque les bactéries colonisent les racines, elles peuvent envahir les cellules par voie inter et / ou intracellulaire et peuvent pénétrer dans les tissus central. De cette façon, elles pourraient atteindre les couches centrales avant la différenciation de l'endoderme bien que l’endoderme est également accessible via la sécrétion des enzymes dégradant la paroi cellulaire

28 (Compant et al., 2010a). Une autre voie d'entrée par la sécrétion des enzymes de dégradation de la paroi cellulaire peuvent être impliqués dans la propagation et la pénétration bactérienne à l'intérieur de la plante. La production d'enzymes de dégradation de la paroi cellulaire a été détectée chez les rhizobactéries promotrices de croissance des plantes (RPCP) de et / ou bactéries endophytes pénétrant à l'intérieur de cellules via la sécrétion d'enzymes hydrolytiques (Hallmann et al., 1997). Les endoglucanase, cellulases et pectinases sont des enzymes produites par de nombreuses bactéries endophytes tels qu’Azoarcus sp. BH72 (Hurek et al., 1994), Azospirillum irakense KBC1 (Khammas & Kaiser, 1991), et Pseudomonas fluorescens 89B-61 (Benhamou et al., 1996; Quadt- Hallmann et al., 1997) ont été effectivement corrélée à l'entrée de endophytes dans le système racinaire. La dégradation enzymatique des parois cellulaires végétales par ces bactéries a cependant été observée seulement quand ils ont colonisé l'épiderme racinaire mais jamais après la colonisation des espaces intercellulaires du cortex de la racine, ce qui suggère que l’endophyte peut induire la production de cellulases et de pectinases que pour la pénétration dans la plante hôte. Certains des PGPR peuvent coloniser non seulement le cortex racinaire interne mais certains sont également en mesure de franchir la barrière de l'endoderme (Compant et al., 2010a). Ce processus de colonisation du système vasculaire a été mis en évidence et expliqué pourquoi l’endophytes pourrait se trouver dans les parties aériennes de la plante. Il a en effet été démontré que des endophytes bactériens pourraient être trouvés dans différentes parties végétatives de plantes, comme les racines, tubercules, mais aussi à l'intérieur des tiges et / ou feuilles (Hallmann, 2001; Compant et al., 2005b; Gray & Smith, 2005).

4.3- Présence d’endophytes dans les nodules

Depuis le premier isolement des rhizobia à partir des nodules de Vicia faba par Beijerinck (1888), l'isolement des cellules de type Bacillus de couleur jaune a été aussi signalé, mais négligé. D'autres observations non prises en considération sur des bactéries isolées à partir de nodules et de racines de trèfle et de soja ont été rapportés par Phillipson & Blair (1957) et Manninger & Antal (1970). Il a été longtemps supposé que l'intérieur des nodules racinaires était exclusivement colonisé par des souches de rhizobia (Leite et al., 2017) et pendant de nombreuses années, des cultures bactériennes différentes en apparence ou en caractéristiques de croissance des espèces des rhizobia ont été rejetées et considérées comme contaminants. Ce n’est que ces dernières années que la présence d’autres bactéries en plus des rhizobia à l’intérieur du nodule a été reconnue (Martinez-Hidalgo & Hirsch, 2017).

29 A côté des bactéries nodulantes, les nodules de légumineuses abritent d'autres bactéries non nodulantes appelées endophytes (Peix et al., 2015) . Malgré la haute spécificité de l'interaction légumineuse – Rhizobium et l'environnement sélectif des nodules, les rhizobactéries nodulaires non rhizobiennes ont été rapportées. Les nodules racinaires qui étaient traditionnellement considérés comme la niche exclusive des rhizobia sont en cours de réexamen pour examiner la colonisation par plusieurs bactéries libres sans rapport avec la fixation symbiotique de l'azote. La preuve que l'intérieur sain des nodules peut contenir des endophytes pas nécessairement liés au contexte symbiotique ou diazotrophique a été documentée : Bacillus pour le soja (Bai et al., 2002) , Klebsiella pour l’arachide,le trèfle, le haricot (Ozawa et al., 2003) et Pseudomonas pour l’acacia, le soja (Kuklinsky-Sobral et al., 2004, Hoque et al., 2011). Sturz et al., (1997) ont récupéré simultanément 4,3.10 ⁹ UFC de rhizobiums et 3.10⁵ UFC d'endophytes non rhizobiaux de 12 genres bactériens par gramme de poids frais de tissu de nodules de trèfle rouge. Des preuves ont également été rapportées que des intérieurs de nodules sains de légumineuses sauvages peuvent contenir des bactéries non liées aux rhizobiums (Zakhia et al., 2006 ; Deng et al., 2011 ; Li et al., 2012) .

Ils les nommèrent «les bactéries nodulaires» appellation qui les confondait avec le rhizobium fixant l'azote. Pour les distinguer des rhizobia, ces bactéries sont maintenant connus sous différents noms : « des bactéries associées aux nodules» (Rajendran et al., 2012); «des endophytes nodulaires» (Velázquez et al., 2013) et aussi «les endophytes non-rhizobiens» (Non Rhizobia Endophytes, NRE) (De Meyer et al., 2015). L’ensemble des espèces endophytes et symbiotiques logées dans les nodules sont appelés le microbiome nodulaire.

4.4- Diversité des endophytes nodulaires

Au cours des années, un grand nombre de bactéries autres que les bactéries nodulant les légumineuses (BNL) ont été trouvées dans les nodules de différentes espèces de légumineuses. Ils appartiennent à de nombreux genres différents, notamment Agrobacterium, Arthrobacter, Acinetobacter, Bacillus, Bosea, Enterobacter, Micromonospora, Mycobacterium, Paenibacillus, Pseudomonas et Stenotrophomonas (Zakhia et al., 2006 ; Velázquez et al., 2013 ; De Mayer et al., 2015). Martinez-Hidalgo & Hirsch (2017) ont regroupé tous les genres d’endophytes bactériens hébergés dans les nodules des légumineuses retrouvés à ce jour et une large diversité est révélée. En effet, ils sont classés dans des genres lointains voire des classes différentes: Alpha-proteobacteria, Beta-proteobacteria, Gamma-proteobacteria, et phylum différents: Actinobacteria, Bacteroidetes et Firmicutes.

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4.5- Rôle des endophytes nodulaires dans la croissance des plantes

L'association mutuelle entre les bactéries endophytes et les plantes apporte des effets bénéfiques grâce à une interaction métabolique modifiée entre les partenaires, avec une augmentation de l'acquisition des nutriments, une performance symbiotique supérieure et une atténuation des stress biotiques et abiotiques (Egamberdieva et al., 2017). L'intérêt pour les bactéries endophytes plutôt que pour les PGPR (Plant Growth Promotring Rhizobacteria), a été accru. Ces bactéries peuvent être impliquées dans le processus d'infection et de colonisation de l’association Rhizobium-hôte et sont associées de manière à coordonner une meilleure adaptation des légumineuses dans des conditions environnementales changeantes (Hashem et al., 2016). Divers groupes de bactéries endophytes atteignant un contact plus intime avec les tissus des légumineuses entrainent des bénéfices pour les plantes grâce à diverses activités métaboliques, à savoir : la synthèse de phyto-hormones (Beneduzi et al., 2012; Kumawat et al., 2019), la solubilisation P & Zn (Ramesh et al., 2014 ; Costerousse et al., 2018), la production de sidérophore (Kotasthane et al., 2017), de l’ACC désaminase (Saikia et al., 2018), de biofilms et d'exo-polysaccharides (Berg et al., 2013; Santiago et al., 2017) et la modulation de constituants physio- biochimiques des plantes (Hashem et al., 2016). Les bactéries endophytes qui colonisent efficacement les tissus végétaux des légumineuses pourraient être plus bénéfiques dans une co- inoculation avec des rhizobiums pour protéger leur hôte contre les phyto-pathogènes et améliorer la croissance des plantes (Rybakova et al., 2016 ; Egamberdieva et al., 2016). Ainsi certains endophytes peuvent favoriser la croissance des plantes et ils sont considérés comme Les PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) (Saïdi et al., 2013a).