Système de co-culture hydroponique pour l’analyse systématique et simultanée des interactions moléculaires et de la signalisation plantes-microorganismes
Citation
Nathoo, N., Bernards, M.A., MacDonald, J., Yuan, Z.C. (2017). A hydroponic Co-cultivation system for simultaneous and systematic analysis of plant/microbe molecular interactions and signaling. Journal of Visualized Experiments (JoVE), [online] 2017(125), http://dx.doi.org/10.3791/55955
Résumé en langage clair
Les bactéries sont nombreuses dans le sol et très importantes pour la santé et la croissance des cultures. Elles peuvent être ennemies (pathogènes) ou amies (bénéfiques) des plantes. Les pathogènes sont habituellement nocifs pour les cultures, tandis que les bactéries bénéfiques peuvent aider à la croissance des plantes. Par conséquent, les interactions bactérie-plante représentent un sujet de grand intérêt. Généralement, les chercheurs étudient les associations bactérie-plante dans le sol ou dans un sol artificiel, comme le terreau prémélangé qui contient habituellement d'autres microorganismes qui peuvent interférer avec les expériences.
Dans cette étude, nous avons mis au point un système de culture pure et stérile pour étudier l'association entre la bactérie et son hôte végétal, le système de co-culture hydroponique plante-bactérie, afin de nous assurer qu'une seule espèce bactérienne ou que l'espèce souhaitée est présente dans l'expérience. Par conséquent, tout changement de comportement ou de phénotype de la plante étudiée doit être dû à son association avec la bactérie inoculée dans le système. De même, tout changement de comportement ou de phénotype de la bactérie doit résulter de son association ou de ses interactions avec la plante hôte. Ce système permet de relever les changements moléculaires qui se produisent tant chez la bactérie que chez la plante hôte. Le système mis au point permettra aux chercheurs de mieux comprendre les associations plantes-bactéries. Le système est particulièrement adapté à l'étude des maladies en serre, puisque l'industrie moderne de la serriculture utilise habituellement la culture hydroponique plutôt que le sol pour cultiver des plantes comme la tomate et le concombre. Le système peut également servir à étudier la programmation des éléments nutritifs des plantes pendant la production d’aliments en serre, puisque des engrais chimiques peuvent être ajoutés à l'eau d’irrigation pour favoriser la croissance et la santé des plantes.
Résumé
© Journal of Visualized Experiments, 2017. Tous droits réservés. Il est très important de concevoir des expériences qui imitent les interactions naturelles plantes-microbes pour définir les processus complexes de signalisation plantes-microbes. Le système Arabidopsis thaliana-Agrobacterium tumefaciens est un excellent modèle pour étudier la pathogenèse bactérienne et les interactions entre la plante et le pathogène. Les études antérieures sur les interactions plantes-Agrobacterium ont surtout porté sur des cultures de cellules végétales en suspension, sur des blessures artificielles des plantes ou sur l'induction artificielle des facteurs de virulence microbiens ou des défenses des plantes par des produits chimiques synthétiques. Ces méthodes sont toutefois différentes de la signalisation naturelle in planta, où les plantes et les microbes reconnaissent les signaux transmis et y réagissent de manière spatiale et temporelle. Cette étude présente un système de co-culture hydroponique dans lequel des plantes intactes sont soutenues par des grilles métalliques et co-cultivées avec Agrobacterium. Dans ce système, aucune phytohormone synthétique ni produit chimique synthétique qui induit la virulence microbienne ou le mécanisme de défense des plantes n'est ajouté. Le système de co-culture hydroponique reflète bien les interactions naturelles plantes-microbes et la signalisation ayant trait à l'homéostasie in planta. Les racines des plantes peuvent être séparées du milieu contenant Agrobacterium, et la signalisation de même que les réponses des plantes hôtes et des microbes qui interagissent avec celles-ci peuvent être étudiées simultanément et systématiquement. À tout moment, les tissus végétaux ou les bactéries peuvent être prélevés séparément pour diverses analyses « omiques », illustrant l’intérêt et l'efficacité de ce système. Le système de co-culture hydroponique peut facilement être adapté à l'étude de : 1) la signalisation réciproque de divers systèmes plantes-microbes; 2) la signalisation entre un hôte végétal et plusieurs espèces microbiennes (c.-à-d. consortiums microbiens ou microbiomes); 3) la manière dont les éléments nutritifs et les produits chimiques interviennent dans la signalisation plante-microbe; et 4) la manière dont les microbes interagissent avec les hôtes végétaux et contribuent à la tolérance des plantes vis-à-vis les stress biotiques ou abiotiques.