Phyllosphère

En microbiologie, la phyllosphère est l'ensemble des parties des plantes situées au-dessus du niveau du sol et considéré comme habitat pour les micro-organismes[1],[2],[3].

Phytobiome (ou microbiome d'un végétal) occupant l'endosphère (tissus internes de toute la plante), la rhizosphère (dans le sol) et la phyllosphère (sur et sous les feuilles uniquement).
On retrouve aussi sur et dans la plante des microbes plus ou moins ubiquistes et opportunistes, éventuellement pathogènes, provenant de l'air et du sol.

Notamment en raison du caractère mortel ou inhibiteur des UV solaires pour de nombreux microbes de la phyllosphère[4],[5], les habitats microbiens[6] et fongiques[7] sont préférentiellement situés au-dessous du niveau du sol (et surtout dans la mince partie du sol qui gaine les racines et des tiges souterraines) sont considérés comme, respectivement, la rhizosphère et la laimosphère (en) (ou laïmosphère).

La phyllosphère abrite une discrète mais intense vie microbienne[6],[8], dont une partie forme le microbiote de la plante[9], dont on s'est aperçu au début du XXIe siècle qu'elle était plus complexe qu'on ne l'avait précédemment imaginé[10]. Le microbiote présent sur les feuilles, tiges et tronc évolue après la chute des feuilles ou la mort de tout ou partie du végétal, pouvant aussi jouer un rôle dans le processus de décompositioin et de cyclage de la matière organique[11]. Le microbiote peut dans la phyllosphère former de véritables biofilms que l'on commence à mieux caractériser voire à quantifier[12]

On parle même depuis plus d'un demi-siècle[13] de « microbiologie de la phyllosphère »[14]et depuis peu d' « écologie de la phyllosphère »[15].

Subdivisions

La phyllosphère peut être subdivisée en caulosphère (tiges), phylloplan (feuilles)[16], anthosphère (fleurs) et carposphère (fruits).

La phyllosphère comme habitat

Les feuilles et le milieu intérieur des plantes sont un habitat important pour les microbes (bactéries, microchampignons). Ce mode de vie constitue un véritable succès évolutif si l'on en juge par l'hyperdiversité foliaire : une feuille de plante contient généralement entre un million et dix millions de microbes par centimètre carré, avec 10 espèces différentes dans les feuilles d'arbres de forêts tempérées, plus de 100 espèces différentes dans les feuilles d'arbres de forêts tropicales. Une estimation de la communauté microbienne à l'échelle du microbiome endophyte des feuilles est de 106 à 107 cellules/cm2 (jusqu'à 108 individus/g)[17].

La plupart des plantes hébergent diverses communautés de micro-organismes, dont des bactéries, des champignons, des archées et des protistes. Une grande partie de ces espèces forment le microbiote de la plante, lequel varie selon des caractéristiques individuelles (traits fonctionnels notamment[18]) et génomiques de la plante-hôte[19] (y compris chez les arbres[20] et sur leurs feuilles[21]).

Certaines sont bénéfiques, symbiotes voire indispensables pour la plante, servant notamment de défense contre les herbivores et les pathogènes.

D'autres fonctionnent comme des pathogènes des plantes et peuvent agresser la plante hôte ou même la tuer.

Cependant, la majorité des colonies microbiennes observées chez les plantes n'ont pas d'effet détectable sur la croissance ou la physiologie de la plante.

Applications

La recherche sur l'activité et les fonctions de la vie microbienne de la phyllosphère présente des enjeux importants pour l'agriculture, la sylviculture la santé, par exemple pour les raisons suivantes :

  1. Une partie du microbiote des plantes, associé à la phyllosphère a une importance pour leur santé et leur productivité
  2. Il a été montré récemment que le biofilm microbien de plantes terrestres peut contribuer à fixer l'azote[22], mais aussi à dégrader certains polluants atmosphériques ; c'est le cas du phénol (qui peut être radiomarqué et suivi)[23]
  3. Le traitement des plantes cultivées avec des pesticides et fongicides pourrait avoir un effet négatif en altérant les fonctions de la communauté microbienne (défense, messages chimiques parfumés)[24].
  4. La compréhension de la survie des bactéries et des champignons phytopathogènes est essentielle pour le développement de nouveaux moyens de maîtriser leur propagation.
  5. Il existe parfois un risque d'intoxication alimentaire ; quand des fruits ou légumes sont contaminés par certaines bactéries, telles que Salmonella ou Escherichia coli O157:H7 . Cela est particulièrement vrai des fruits et des salades fraîches non cuits avant d'être consommés.

La prévention de ces épidémies par de bonnes pratiques de la fourche à la fourchette (HACCP) et par la mise en œuvre de meilleures stratégies de décontamination est importante pour la santé publique.

Notes et références
  1. (en) F.T. Last, « Seasonal incidence of Sporobolomyces on cereal leaves », Trans Br Mycol Soc, vol. 38,‎ , p. 221–239 (DOI 10.1016/s0007-1536(55)80069-1).
  2. (en) J. Ruinen, « Occurrence of Beijerinckia species in the phyllosphere. », Nature, vol. 178,‎ , p. 220–221 (DOI 10.1038/177220a0).
  3. (en) Françoise Bringel et Ivan Couée, « Pivotal roles of phyllosphere microorganisms at the interface between plant functioning and atmospheric trace gas dynamics », Frontiers in Microbiology, vol. 6,‎ , p. 486 (DOI 10.3389/fmicb.2015.00486, lire en ligne)
  4. Sundin, G. W., & Jacobs, J. L. (1999). Ultraviolet radiation (UVR) sensitivity analysis and UVR survival strategies of a bacterial community from the phyllosphere of field-grown peanut (Arachis hypogeae L.). Microbial Ecology, 38(1), 27-38.
  5. Jacobs, J. L., & Sundin, G. W. (2001). Effect of solar UV-B radiation on a phyllosphere bacterial community. Applied and Environmental Microbiology, 67(12), 5488-5496.
  6. Lindow, S. E., & Brandl, M. T. (2003). Microbiology of the phyllosphere. Applied and environmental microbiology, 69(4), 1875-1883.
  7. Osono, T. (2006). Role of phyllosphere fungi of forest trees in the development of decomposer fungal communities and decomposition processes of leaf litter. Canadian Journal of Microbiology, 52(8), 701-716.
  8. Vorholt J.A (2012) Microbial life in the phyllosphere. Nature Reviews Microbiology, 10(12), 828-840.
  9. Vorholt, J. A. Microbial life in the phyllosphere. Nat. Rev. Microbiol. 10, 828–840 (2012)
  10. Yang, C. H., Crowley, D. E., Borneman, J., & Keen, N. T. (2001). Microbial phyllosphere populations are more complex than previously realized. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(7), 3889-3894.
  11. Osono, T. (2002). Phyllosphere fungi on leaf litter of Fagus crenata: occurrence, colonization, and succession. Canadian Journal of Botany, 80(5), 460-469 (résumé).
  12. Morris, C. E., Monier, J. M., & Jacques, M. A. (1998). A technique to quantify the population size and composition of the biofilm component in communities of bacteria in the phyllosphere. Applied and environmental microbiology, 64(12), 4789-4795
  13. Morris, C. E., & Kinkel, L. L. (2002). Fifty years of phyllosphere microbiology: significant contributions to research in related fields. Phyllosphere microbiology, 365-375.
  14. Lindow, S. E., & Leveau, J. H. (2002). Phyllosphere microbiology. Current Opinion in Biotechnology, 13(3), 238-243.
  15. Redford, A. J., Bowers, R. M., Knight, R., Linhart, Y., & Fierer, N. (2010). The ecology of the phyllosphere: geographic and phylogenetic variability in the distribution of bacteria on tree leaves. Environmental microbiology, 12(11), 2885-2893.
  16. Diem H.G (1973) Phylloplan et phyllosphère. Canadian Journal of Botany, 51(5), 1079-1080.
  17. (en) Steven E. Lindow, Maria T. Brandl, « Microbiology of the Phyllosphere », Applied and Environmental Microbiology, vol. 2003,‎ , p. 1875–1883 (DOI 10.1128/AEM.69.4.1875-1883.2003).
  18. Kembel, S. W. et al. Relationships between phyllosphere bacterial communities and plant functional traits in a neotropical forest. Proc. Natl Acad. Sci. USA 111, 13715–13720 (2014)
  19. Bodenhausen, N., Bortfeld-Miller, M., Ackermann, M. & Vorholt, J. A. (2014) A synthetic community approach reveals plant genotypes affecting the phyllosphere microbiota. PLoS Genet. 10, e1004283
  20. Laforest-Lapointe, I., Messier, C. & Kembel, S. W. (2016) Host species identity, site and time drive temperate tree phyllosphere bacterial community structure. Microbiome 4, 27
  21. Redford, A. J., Bowers, R. M., Knight, R., Linhart, Y. & Fierer, N. (2010)The ecology of the phyllosphere: geographic and phylogenetic variability in the distribution of bacteria on tree leaves. Environ. Microbiol. 12, 2885–2893
  22. Capone, D. G., & Taylor, B. F. (1977). Nitrogen fixation (acetylene reduction) in the phyllosphere of Thalassia testudinum. Marine Biology, 40(1), 19-28.
  23. Sandhu, A., Halverson, L. J., & Beattie, G. A. (2007). Bacterial degradation of airborne phenol in the phyllosphere. Environmental Microbiology, 9(2), 383-392.
  24. (en) Josep Peñuelas, Gerard Farré-Armengol, Joan Llusia, Albert Gargallo-Garriga, Laura Rico, Jordi Sardans, Jaume Terradas & Iolanda Filella, « Removal of floral microbiota reduces floral terpene emissions », Scientific Reports, vol. 4, no 6727,‎ (DOI 10.1038/srep06727).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie
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