Andrew Eagar et Sara Moledor, du département de biologie végétale de l’université d’État du Michigan, discutent du nouvel article de synthèse de leur groupe de recherche : Préparer le terrain pour la rétroaction plante-sol : influences mycorhiziennes sur le recrutement des congénères, les communautés végétales et fongiques et la coévolution
Une imaginative and prescient holistique de la rétroaction plante-sol
Les recherches menées au cours des 20 dernières années sur les interactions entre les plantes et le sol ont grandement amélioré notre compréhension de ces processus fascinants, dynamiques, complexes et naturellement difficiles à observer. Par exemple, la manière dont les nutriments du sol influencent la croissance des plantes est généralement assez intuitive : une limitation des nutriments peut ralentir la croissance tandis que des nutriments abondants peuvent stimuler la croissance. Cependant, le processus connu sous le nom de rétroaction plante-sol décrit une picture beaucoup plus complexe : une plante modifie les situations du sol de telle manière qu’elle altère les performances de sa progéniture et de ses voisins. En substance, cet érable et ses semis dans votre jardin peuvent bénéficier, ou lutter contre, des situations du sol qui conservent encore l’héritage des plantes qui l’ont précédé !
Ces situations de sol bénéfiques ou antagonistes qui contribuent à la santé des plantes et affectent en fin de compte la composition des communautés végétales et les providers écosystémiques sont le travail de microbes pour la plupart invisibles mais omniprésents. Au fil du temps, toute plante donnée accumulera naturellement des brokers pathogènes antagonistes adaptés à son espèce particulière. Le résultat de cette accumulation d’brokers pathogènes est que toute progéniture poussant dans le même voisinage que des adultes conspécifiques peut être sérieusement désavantagée, avec une croissance et une santé inférieures. D’autres espèces de plantes voisines auxquelles ces brokers pathogènes ne sont pas adaptés ont généralement le dessus. Pendant un sure temps, c’est-à-dire jusqu’à ce que ces plantes deviennent dominantes et accumulent leurs propres brokers pathogènes spécifiques à l’hôte au fil du temps, perpétuant ainsi le flux et le reflux du cycle de rétroaction négative plante-sol dans les communautés végétales.
Il peut également y avoir une rétroaction constructive plante-sol, mais ces résultats sont beaucoup moins courants. Dans ces cas, à mesure qu’une plante grandit au fil du temps, sa communauté de mutualistes microbiens grandit également, dans une plus grande mesure que les antagonistes microbiens du système. Les mutualistes favorisent la croissance de la plante, ce qui élargit l’accès de la plante aux ressources du sol et peut renforcer ses défenses. Les mycorhizes sont un glorious exemple de ces mutualismes végétaux. Dans cette relation symbiotique entre plantes et champignons, les sucres dérivés des plantes sont échangés contre les nutriments du sol récoltés par leurs symbiotes mycorhiziens. À mesure que les champignons mycorhiziens ou d’autres mutualistes bénéfiques se développent et s’accumulent en réponse à la croissance de leur plante hôte, un environnement du sol qui profite à la progéniture de la plante et à d’autres congénères est créé, ce qui peut leur donner un avantage concurrentiel sur les autres espèces voisines.
Le rôle récemment reconnu des mycorhizes dans la structuration de la rétroaction plante-sol
Étant donné que les brokers pathogènes microbiens et les mutualistes sont tous deux des membres abondants des communautés du sol, des rétroactions négatives et positives se produisent simultanément dans les systèmes plante-sol. Alors, qu’est-ce qui détermine si une plante subira filet Rétroaction constructive ou négative entre les plantes et le sol ? Dans notre article de synthèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à relier ces résultats de rétroaction divergents au sort mycorhizien dominant des communautés d’arbres. Les arbres d’une espèce donnée s’associent généralement à l’un des deux sorts de champignons mycorhiziens : les champignons mycorhiziens à arbuscules (AM) ou les champignons ectomycorhiziens (ECM). Les deux sorts de symbiose mycorhizienne favorisent la croissance de leur arbre hôte individuel et sont bénéfiques pour la progéniture et les autres individus conspécifiques à proximité. Cependant, ils ont des physiologies très différentes qui peuvent créer des situations de sol distinctes rencontrées par toutes les plantes du voisinage environnant.
Les arbres qui s’associent aux champignons mycorhiziens à arbuscules (AM) dépendent des microbes saprotrophes pour la libération des nutriments des matières végétales mortes. En substance, les systèmes AM « sous-traitent » des microbes saprotrophes tiers pour transformer la matière organique du sol en nutriments inorganiques utilisables, que les champignons AM peuvent ensuite absorber et livrer à leurs arbres hôtes. L’inconvénient de cet association est que certains de ces microbes saprotrophes peuvent être des brokers doubles capables d’agir de manière pathogène, contribuant ainsi à une rétroaction négative. Les arbres AM semblent également avoir des défenses contre les brokers pathogènes plus faibles et des tissus plus riches en azote par rapport à leurs homologues ECM, ce qui en fait une cible attrayante pour les brokers pathogènes.
D’un autre côté, de nombreux champignons ECM peuvent accéder directement aux réserves de nutriments organiques dans la matière organique du sol, sans avoir besoin de microbes saprotrophes pour libérer des nutriments inorganiques. Ainsi, les arbres ECM ont un accès privilégié à ces réserves de nutriments et, en retirant ces nutriments du sol, ils entravent la croissance de microbes potentiellement antagonistes. Les brokers pathogènes sont en outre tenus à distance par la morphologie particulière des champignons ECM, dans laquelle les extrémités des racines sont enveloppées dans une gaine hyphale, fournissant une barrière de défense physique dont les arbres AM manquent. De plus, de nombreux champignons ECM se développent sous forme de vastes réseaux mycéliens souterrains, ce qui signifie que les graines tombant des arbres ECM ont plus de facilité à « se connecter » à ces mutualismes lorsqu’elles germent et prennent racine sans avoir à investir beaucoup de carbone. Ces caractéristiques confèrent collectivement des avantages qui favorisent l’accumulation de mutualistes plutôt que d’brokers pathogènes dans les systèmes ECM, ce qui entraîne une rétroaction plante-sol entre les arbres ECM et le sol qui est constructive.
Où nous sommes et où nous allons
Cela dresse un tableau de localisé Nous avons déjà étudié la dynamique de rétroaction plante-sol, mais nous voulions aller plus loin et étudier remark ces modèles s’appliquent à des échelles plus grandes. La plupart des plantes ne poussent pas de manière isolée et sont plutôt entourées d’une communauté d’autres plantes, comprenant à la fois des individus conspécifiques et hétérospécifiques. Des travaux récents nous ont permis d’apprécier la capacité des plantes mutualistes et des pathogènes à s’associer à de multiples espèces végétales. Ainsi, l’accumulation de micro-organismes mutualistes et pathogènes au fil du temps résultant de la persistance d’une plante donnée a le potentiel d’affecter la course (constructive ou négative) et la power de la rétroaction plante-sol d’autres plantes voisines, quelle que soit leur identité d’espèce. En réfléchissant du level de vue des semis et des juvéniles qui poussent à proximité immédiate d’arbres adultes dominants, nous pouvons commencer à comprendre remark les microbes responsables de la rétroaction constructive ou négative peuvent « déborder » de l’adulte vers des individus moins dominants.
En d’autres termes, les conséquences néfastes de l’accumulation de décomposeurs et de pathogènes sous un arbre AM individuel peuvent se répercuter sur les arbres voisins (quelle que soit leur relation entre eux), tandis que les avantages découlant de l’accumulation de mutualistes et de la suppression de saprotrophes et de pathogènes sous un arbre ECM peuvent se répercuter sur leurs voisins. Ces effets sont probablement plus forts pour les voisins du même sort mycorhizien en raison du débordement de mutualistes partagés, mais même les individus de sorts mycorhiziens incompatibles seraient affectés par le débordement de microbes pathogènes. Cela a des conséquences importantes sur le recrutement des juvéniles dans les forêts, les communautés d’arbres AM étant plus dispersées que les communautés d’arbres ECM.
Collectivement, les arbres dominants ont probablement un affect démesuré sur l’environnement du sol rencontré par la communauté végétale environnante et, en fin de compte, sur la composition de la forêt d’une manière difficile à voir sans une étude approfondie. Dans le cadre du changement world, les forêts devraient devenir plus dominantes en AM à mesure que les arbres AM empiètent sur les systèmes dominés par l’ECM. Nos travaux soulignent remark ces changements entraîneront également d’autres changements imprévus dans les communautés microbiennes souterraines qui ont le potentiel de perturber les régimes de rétroaction établis entre les plantes et le sol et d’exacerber les effets du changement world dans les écosystèmes forestiers. Nous pensons également que de tels effets d’entraînement appliquent différentes pressions sélectives au sein des communautés végétales, ce qui peut modifier les trajectoires évolutives des communautés forestières et représente un domaine essential de recherche future.
Notre article suggest un examen approfondi et plus détaillé des rouages de ces mécanismes et interactions complexes. Avec plus de 190 citations et une bibliographie AZ complète, notre revue rassemble de nombreux ideas de l’écologie des plantes et des sols pour une imaginative and prescient plus claire et une meilleure appréciation des interactions fascinantes et complexes qui se déroulent sous terre.
