Les plantes peuvent sembler passives lorsque les insectes commencent à s'en nourrir, mais leurs stratégies défensives sont étonnamment sophistiquées. Certaines produisent des toxines, d'autres développent des barrières physiques, et beaucoup libèrent des composés chimiques volatils qui attirent les prédateurs des insectes qui les attaquent.

De nouvelles recherches suggèrent que les plants de niébé peuvent aller encore plus loin. Après avoir subi des dommages causés par les mouches mineuses, ils semblent modifier le sol autour de leurs racines d'une manière qui aide la génération suivante de plantes à se défendre, même si ces jeunes plantes n'ont jamais été attaquées.

Les plantes disposent de multiples défenses

Les plantes utilisent plusieurs techniques pour décourager les insectes affamés et les herbivores plus grands. De minuscules poils peuvent ralentir les petits ravageurs, les épines peuvent dissuader les animaux brouteurs, et certains composés chimiques peuvent rendre les feuilles désagréables ou toxiques. Certaines plantes libèrent également des odeurs aériennes spéciales, connues sous le nom de composés organiques volatils induits par les herbivores (COVH). Ces produits chimiques agissent presque comme un signal d'alarme.

Au lieu d'attaquer directement le ravageur, la plante libère une odeur qui attire ses ennemis naturels, tels que les guêpes parasitoïdes. Ces guêpes traquent les insectes qui se nourrissent de la plante et peuvent aider à réduire les dégâts.

La faiblesse de ce système est que ces signaux aériens disparaissent généralement une fois la menace immédiate écartée. Les chercheurs ont donc cherché à savoir si les plantes pouvaient créer une forme de défense plus durable par le biais du sol.

Le sol peut stocker des informations

Les racines font bien plus qu'absorber l'eau et les nutriments. Les plantes libèrent en continu des mélanges de composés dans le sol environnant. Ces substances, appelées exsudats racinaires, influencent les micro-organismes vivant autour des racines. Ces communautés microbiennes peuvent ensuite affecter la croissance des plantes, l'absorption des nutriments ainsi que la résistance aux maladies et aux ravageurs.

Des études précédentes avaient déjà montré que les dommages causés par les insectes aux feuilles peuvent modifier à la fois la chimie des racines et la composition des microbes du sol. Ce qui restait flou, c'était de savoir si ces changements pouvaient offrir une défense utile aux plantes poussant ultérieurement dans le même sol.

Le niébé révèle l'effet

Les chercheurs se sont concentrés sur le niébé, couramment attaqué par les mouches mineuses. Il est déjà établi que le niébé libère des signaux aériens attirant les guêpes parasitoïdes lorsque les mouches mineuses commencent à se nourrir de ses feuilles.

Pour déterminer si cette réponse pouvait s'étendre au sol, les scientifiques ont fait pousser de nouveaux plants de niébé dans un sol ayant précédemment contenu des plantes endommagées par des insectes ou des plantes intactes. Ils ont ensuite examiné la chimie des plantes, l'activité génique, les composés volatils et les changements du microbiome du sol.

Les chercheurs ont également stérilisé le sol et réintroduit des populations microbiennes sélectionnées, ce qui leur a permis de tester si les microbes étaient véritablement responsables de l'effet, plutôt que simplement associés à celui-ci.

Les nouvelles plantes gagnent en protection

Les résultats ont montré une différence frappante. Les niébés cultivés dans un sol précédemment occupé par des plantes endommagées par les mouches mineuses ont attiré plus de guêpes parasitoïdes, bien que les nouvelles plantes elles-mêmes n'aient jamais été attaquées. Elles ont également grandi davantage.

Cela signifie que la rencontre de la plante d'origine avec les insectes a modifié l'environnement du sol d'une manière qui a profité à la génération suivante. Les chercheurs ont retracé cet effet à travers une chaîne de réponses biologiques commençant par les dommages initiaux aux feuilles.

Une hormone lance la chaîne

Lorsque les mouches mineuses ont endommagé les feuilles de niébé, l'attaque a activé la signalisation du jasmonate. Le jasmonate est une hormone végétale importante impliquée dans les réponses aux blessures et à l'herbivorie. Cette réponse hormonale a provoqué la libération accrue par les racines de deux composés flavonoïdes : la daidzéine et la génistéine. Ces composés ont ensuite modifié la communauté microbienne autour des racines. Plusieurs types de bactéries Bradyrhizobium sont devenus plus abondants dans le sol conditionné. Lorsque de nouveaux plants de niébé y ont poussé plus tard, ces microbes enrichis semblent avoir réactivé les défenses liées au jasmonate.

Le résultat a été une production accrue d'une odeur attractive pour les guêpes parasitoïdes. En effet, la première plante a modifié le microbiome du sol de sorte que les plantes suivantes étaient déjà mieux préparées pour recruter des ennemis naturels des insectes.

Une défense transgénérationnelle

Ce mécanisme diffère du système d'avertissement aérien habituel, de courte durée. Une plante libère normalement des odeurs défensives lorsqu'elle est actuellement en train d'être mangée. Ici, cependant, les chercheurs ont découvert que les plantes pouvaient attirer les guêpes parasitoïdes même sans aucune attaque d'insectes immédiate. La génération précédente avait effectivement préparé le sol.

Les chercheurs ont décrit cela comme une forme de rétroaction plante-sol dans laquelle les dommages causés par les herbivores laissent une signature environnementale durable. Cette influence défensive peut donc s'étendre au-delà de la plante d'origine et de la période pendant laquelle les insectes étaient réellement présents.

Les microbes sont essentiels

Des expériences impliquant un sol stérilisé ont aidé à démontrer que la communauté microbienne était une partie cruciale du processus. Avoir simplement un sol qui contenait autrefois une plante attaquée ne suffisait pas si les micro-organismes pertinents étaient retirés. Lorsque les chercheurs ont restauré certaines bactéries, la réponse défensive est revenue. Cela suggère que les plantes ne stockent pas la « mémoire » seules.

Au contraire, l'effet émerge grâce à un partenariat entre les plantes, les produits chimiques racinaires et les microbes du sol. Cette relation pourrait représenter une partie auparavant sous-estimée de la biologie de la défense des plantes.

Avantages potentiels pour l'agriculture

Ces découvertes pourraient éventuellement avoir des applications agricoles pratiques. Si certaines cultures peuvent façonner délibérément les microbes du sol pour renforcer la lutte naturelle contre les ravageurs, les agriculteurs pourraient être en mesure d'encourager ces relations plutôt que de compter entièrement sur des insecticides à large spectre.

Une culture pourrait potentiellement aider à créer des conditions du sol qui rendent les futures plantes plus attractives pour les insectes bénéfiques. Cela pourrait soutenir la lutte biologique contre les ravageurs tout en réduisant les apports chimiques. Cependant, les chercheurs mettent en garde que les expériences n'ont impliqué qu'une seule culture et un seul système de ravageurs. On ne sait pas encore si d'autres plantes produisent le même effet.

L'étude n'a suivi l'héritage du sol que pendant un seul cycle, de sorte que les chercheurs doivent encore déterminer combien de temps dure la protection. Des expériences sur le terrain seront nécessaires pour tester si l'effet survit aux changements météorologiques, aux différents types de sol et aux plantations répétées.

Un partenariat souterrain

L'étude ajoute une autre couche à notre compréhension de la façon dont les plantes répondent au danger. Leurs défenses ne se limitent pas aux feuilles, aux épines ou aux alarmes chimiques temporaires. Elles peuvent également modifier l'écosystème microscopique situé beneath elles.