Bradyrhizobium sp. ORS278

Nodule de tige d’Aeschynomene sensitiva (Photo IRD)

Les bactéries du genre Bradyrhizobium sont, au même titre que les rhizobia, capables d’induire sur les racines des plantes de la famille des légumineuses la formation d’organes particuliers, les nodules, dans lesquels elles fixent l’azote atmosphérique en symbiose avec la plante. Ces symbioses jouent un rôle clé dans le cycle biologique de l’azote, l’agriculture et la restauration des sols dégradés. Leur étude présente donc un grand intérêt au niveau écologique, biologique et économique.

Cinq espèces de Bradyrhizobium ont été décrites à ce jour dont B. japonicum qui, de part sa capacité à former des nodules avec le soja, est l’une des bactéries les plus exploitées. Son génome a été entièrement séquencé par le Kazusa DNA Research Institute.

Les Bradyrhizobium photosynthétiques forment un phylum à part et pourraient constituer une nouvelle espèce de Bradyrhizobium.

Ils sont très proches phylogénétiquement de Rhodopseudomonas palustris, une bactérie pourpre dont le génome a été séquencé par le Doe Genome Institut. Cette bactérie est connue des microbiologistes pour son adaptabilité à des conditions environnementales très variées et sa capacité à dégrader de nombreux composés xénobiotiques.

Incidence de la perte de la fonction photosynthétique au cours de la symbiose Bradyrhizobium ORS278/Aeschynomene sensitiva (Photo IRD)

Les Bradyrhizobium photosynthétiques, qui occupent ainsi une position phylogénétique intermédiaire entre B. japonicum et R. palustris, présentent un certain nombre de propriétés remarquables :

• La capacité à former des nodules sur les tiges de certaines légumineuses tropicales aquatiques du genre Aeschynomene. Cette nodulation caulinaire peut être profuse, conférant aux plantes ainsi nodulées une capacité fixatrice d’azote exceptionnelle. Ces légumineuses sont utilisées dans certaines régions d’Asie et d’Afrique comme engrais vert en particulier en riziculture. La souche ORS278 a été isolée au Sénégal à partir d’un nodule de tige d’Aeschynomene sensitiva en 1991.
• Un caractère photosynthétique, qui est une propriété unique chez les rhizobia. Il a été montré que cette activité photosynthétique jouait un rôle clé au cours de la symbiose : durant les premières étapes de l’interaction avec la plante en facilitant la survie et l’infectivité de la bactérie, et au cours de la symbiose caulinaire en fournissant à la bactérie de l’énergie pouvant être utilisée pour la fixation biologique de l’azote. Les mécanismes de régulation de la mise en place de ce photosystème sont très différents de ceux qui sont décrits chez les bactéries pourpres. En effet, ils font intervenir un bactériophytochrome qui, en fonction de la lumière ambiante, déclenche ou non l’expression des gènes photosynthétiques. Ce mécanisme original de régulation semble particulièrement adapté pour promouvoir une activité photosynthétique spécifiquement durant la symbiose de tige.
  

  Pigmentation des colonies de Bradyrhizobium ORS278. La couleur rouge orange est due à la production de 2 pigments : la spirilloxanthine (caroténoïde photosynthétique) et la canthaxanthine (principal pigment représentant jusqu’à 80% des caroténoïdes produits)(Photo IRD)

• La capacité à coloniser le système racinaire du riz. Ces Bradyrhizobium photosynthétiques sont retrouvés naturellement associés à une espèce de riz sauvage Oryza breviligulata qui cohabite dans certaines mares tropicales d’Afrique avec les Aeschynomenes. Cette association est très bénéfique sur la croissance de la plante et la production des grains, les parcelles inoculées avec la souche ORS278 présentant des rendements de production supérieures de 20%.
• la capacité pour certaines souches, en particulier la souche ORS278, à produire de la canthaxanthine. Ce caroténo&iauml;de d’intérêt biotechnologique est utilisé dans l’industrie agro-alimentaire, pharmaceutique et cosmétologique pour ses propriétés colorantes et photo protectrices.

Essai d’inoculation en rizière avec Bradyrhizobium ORS278 (Guinée Conakry - Photo IRD)

Ce projet de séquençage a ainsi pour principaux objectifs : d’élargir au milieu tropical les connaissances acquises en génomique sur les rhizobia tempérés ; de contribuer à la compréhension des mécanismes d’interaction plante/bactérie (Bradyrhizobium/riz et Bradyrhizobium/légumineuse) ; d’éclaircir les mécanismes d’adaptation de la bactérie à différents environnements lumineux et de comprendre par analyse comparative des génomes l’évolution des systèmes symbiotique et photosynthétique au sein des rhizobia.