RHIZOBIUM: CARACTÉRISTIQUES, MORPHOLOGIE, HABITAT ET AVANTAGES - LA BIOLOGIE - 2025

Le rhizobium est un genre de bactéries qui ont la capacité de fixer l'azote de l'atmosphère. En général, les bactéries capables de fixer l'azote sont appelées rhizobies. Ces relations entre les plantes et les microorganismes ont été étudiées de manière approfondie.

Ces procaryotes vivent en symbiose avec différentes plantes: légumineuses, comme les haricots, la luzerne, les lentilles, le soja, entre autres.

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Ils sont spécifiquement associés à ses racines et fournissent à la plante l'azote dont elle a besoin. La plante, pour sa part, offre aux bactéries un refuge. Cette relation symbiotique étroite provoque la sécrétion d'une molécule appelée leghémoglobine. Cette symbiose produit une proportion importante de N ₂ dans la biosphère.

Dans cette relation, la bactérie provoque la formation de nodules dans les racines, qui sont différenciés par les soi-disant «bactéroïdes».

La plupart des études menées sur ce genre bactérien n'ont pris en compte que son état symbiotique et sa relation avec la plante. Pour cette raison, il y a très peu d'informations sur le mode de vie individuel de la bactérie et sa fonction en tant que composant du microbiome du sol.

caractéristiques

Les bactéries du genre Rhizobium sont principalement connues pour leur capacité à fixer l'azote et à établir des relations symbiotiques avec les plantes. En fait, il est considéré comme l'une des relations les plus dramatiques qui existent dans la nature.

Ils sont hétérotrophes, ce qui indique qu'ils doivent obtenir leur source d'énergie à partir de matière organique. Le rhizobium pousse normalement dans des conditions aérobies et des nodules se forment à une température de 25 à 30 ° C et à un pH optimal de 6 ou 7.

Cependant, le processus de fixation de l'azote nécessite de faibles concentrations d'oxygène pour protéger la nitrogénase (l'enzyme qui catalyse le processus).

Pour faire face aux quantités élevées d'oxygène, il existe une protéine similaire à l'hémoglobine qui est responsable de la séquestration de l'oxygène qui pourrait intervenir dans le processus.

Les relations symbiotiques que ces procaryotes établissent avec les légumineuses ont un impact écologique et économique élevé, c'est pourquoi il existe une littérature abondante sur cette relation très spécifique.

Le processus d'infection n'est pas simple, il implique une série d'étapes où la bactérie et la plante influencent mutuellement les activités de division cellulaire, l'expression des gènes, les fonctions métaboliques et la morphogenèse.

Processus d'infection

Ces bactéries sont d'excellents modèles biologiques pour comprendre les interactions qui se produisent entre les micro-organismes et les plantes.

Les rhizobies se trouvent dans le sol, où elles colonisent les racines et pénètrent dans la plante. Généralement, la colonisation commence dans les poils radiculaires, bien qu'une infection soit également possible par de petits lysions dans l'épiderme.

Lorsque la bactérie parvient à pénétrer à l'intérieur de la plante, elle reste généralement pendant un certain temps dans les espaces intracellulaires de la plante. Au fur et à mesure que les nodules se développent, les rhizobiums pénètrent dans le cytoplasme de ces structures.

Développement et type de nodules

Le développement des nodules implique une série d'événements synchrones dans les deux organismes. Les nodules sont classés comme déterminés et indéterminés.

Les premiers proviennent de divisions cellulaires dans le cortex interne et ont un méristème apical persistant. Ils se caractérisent par une forme cylindrique et deux zones différenciées.

D'autre part, les nodules déterminés résultent de divisions cellulaires dans la partie médiane ou externe du cortex radiculaire. Dans ces cas, il n'y a pas de méristème persistant et sa forme est plus sphérique. Le nodule mature peut se développer par croissance cellulaire.

Formation de bactéroïdes

Dans le nodule, la différenciation en bactéroïdes se produit: la forme fixatrice de N _2-. Les bactéries bactériennes, ainsi que les membranes végétales, forment le symbiosome.

Dans ces complexes microbes-plantes, la plante est chargée de fournir du carbone et de l'énergie, tandis que les bactéries produisent de l'ammoniac.

Par rapport aux bactéries vivantes, la bactérie subit une série de changements dans son transcriptome, dans toute sa structure cellulaire et dans ses activités métaboliques. Tous ces changements ont lieu pour s'adapter à un environnement intracellulaire, où leur seul objectif est la fixation de l'azote.

La plante peut prendre ce composé azoté sécrété par les bactéries et l'utiliser pour la synthèse de molécules essentielles, comme les acides aminés.

La plupart des espèces de Rhizobium sont assez sélectives quant au nombre d'hôtes qu'elles peuvent infecter. Certaines espèces n'ont qu'un seul hôte. En revanche, un petit nombre de bactéries se caractérisent par leur promiscuité et leur large spectre d'hôtes potentiels.

Attraction entre rhizobies et racines

L'attraction entre les bactéries et les racines des légumineuses est médiée par des agents chimiques, exsudés par les racines. Lorsque les bactéries et la racine sont proches, une série d'événements se produisent au niveau moléculaire.

Les flavonoïdes racinaires induisent des gènes nod dans les bactéries. Cela conduit à la production d'oligosaccharides appelés LCO ou facteurs nod. Les LCO se lient aux récepteurs, formés par des motifs de lysine, dans les poils racinaires, déclenchant ainsi des événements de signalisation.

Il existe d'autres gènes - en plus du signe de tête - impliqués dans le processus de symbiose, tels que exo, nif et fix.

Leghémoglobine

La leghémoglobine est une molécule protéique, typique de la relation symbiotique entre les rhizobies et les légumineuses. Comme son nom l'indique, il est assez similaire à une protéine plus connue: l'hémoglobine.

Comme son analogue sanguin, la leghémoglobine a la particularité d'avoir une forte affinité pour l'oxygène. Comme le processus de liaison qui se produit dans les nodules est affecté par des concentrations élevées d'oxygène, la protéine est responsable de sa rétention pour que le système fonctionne correctement.

Taxonomie

Environ 30 espèces de Rhizobium sont connues, les plus connues étant Rhizobium cellulosilyticum et Rhizobium leguminosarum. Ceux-ci appartiennent à la famille des Rhizobiaceae, qui abrite également d'autres genres: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella et Sinorhizobium.

L'ordre est Rhizobiales, la classe est Alphaproteobacteria, le Phylum Proteobacteria et le royaume Bacteria.

Morphologie

Les rhizobies sont des bactéries qui infectent sélectivement les racines des légumineuses. Ils se caractérisent par leur Gram négatif, leur capacité à bouger et leur forme rappelle celle d'une canne. Ses dimensions sont comprises entre 0,5 et 0,9 micromètres de largeur et 1,2 et 3,0 micromètres de longueur.

Elle diffère du reste des bactéries qui habitent le sol en présentant deux formes: la morphologie libre trouvée dans les sols et la forme symbiotique au sein de sa plante hôte.

Au-delà de la morphologie de la colonie et de la coloration de Gram, il existe d'autres méthodes permettant d'identifier les bactéries du genre Rhizobium, notamment des tests d'utilisation des nutriments, tels que la catalase, l'oxydase, et les utilisations du carbone et de l'azote.

De même, des tests moléculaires ont été utilisés pour l'identification, comme l'application de marqueurs moléculaires.

Habitat

En général, les rhizobies appartenant à la famille des Rhizobiaceae présentent la particularité d'être associés principalement à des plantes de la famille des Fabacées.

La famille des Fabacées comprend les légumineuses - céréales, lentilles, luzerne, pour ne citer que quelques espèces connues pour leur valeur gastronomique. La famille appartient aux Angiospermes, étant la troisième famille la plus nombreuse. Ils sont largement répandus dans le monde, allant des tropiques aux zones arctiques.

Une seule espèce de plante non légumineuse est connue pour établir des relations symbiotiques avec Rhizobium: Parasponea, un genre de plantes de la famille des Cannabacées.

De plus, le nombre d'associations qui peuvent être établies entre le micro-organisme et la plante dépend de nombreux facteurs. Parfois, l'association est limitée par la nature et l'espèce de la bactérie, tandis que dans d'autres cas, elle dépend de la plante.

D'autre part, sous leur forme libre, les bactéries font partie de la flore naturelle du sol - jusqu'à ce que le processus de nodulation se produise. A noter que bien que les légumineuses et les rhizobiums existent dans le sol, la formation de nodules n'est pas assurée, car les souches et espèces des membres de la symbiose doivent être compatibles.

Avantages et applications

La fixation de l'azote est un processus biologique crucial. Il s'agit de l'absorption d'azote dans l'atmosphère, sous forme de N ₂ et il est réduit en NH ₄ ⁺. Ainsi, l'azote peut entrer et être utilisé dans l'écosystème. Le processus est d'une grande importance dans différents types d'environnements, qu'ils soient terrestres, d'eau douce, marins ou arctiques.

L'azote semble être un élément qui limite, dans la plupart des cas, la croissance des cultures et agit comme un élément limitant.

D'un point de vue commercial, les rhizobiums peuvent être utilisés comme exhausteurs en agriculture grâce à leur capacité à fixer l'azote. Pour cette raison, il existe un commerce lié au processus d'inoculation de ces bactéries.

L'inoculation du rhizobium a des effets très positifs sur la croissance de la plante, le poids et le nombre de graines qu'elle produit. Ces avantages ont été prouvés expérimentalement par des dizaines d'études sur les légumineuses.

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