Les chercheurs ont utilisé le nouveau pipeline de sondage des isotopes stables à haut débit (HT-SIP) et la métagénomique pour obtenir un premier aperçu du microbiome actif entourant un symbiote végétal bénéfique, les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF). Crédit : Laboratoire national Lawrence Livermore
Relier l’identité des microbes sauvages à leurs traits physiologiques et à leurs fonctions environnementales est un objectif clé des microbiologistes environnementaux. Parmi les techniques qui visent cet objectif, la recherche des isotopes stables (SIP) est considérée comme la plus efficace pour étudier les micro-organismes actifs en milieu naturel.
Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont développé une nouvelle technique, le SIP à haut débit, qui automatise plusieurs étapes du processus de sondage des isotopes stables, permettant ainsi d'étudier l'activité microbienne des micro-organismes dans des conditions réalistes, sans avoir recours à une culture en laboratoire.
Dans le SIP, les microbes actifs sont identifiés via l'incorporation d'isotopes stables dans leur biomasse. C'est l'une des méthodes les plus puissantes en écologie microbienne puisqu'elle permet d'identifier les microbes actifs et leurs caractéristiques physiologiques (utilisation du substrat, biochimie cellulaire, métabolisme, croissance, mortalité) dans des communautés complexes dans des conditions natives.
En règle générale, la méthode SIP nécessite un travail manuel important et ne permet de prélever qu’un petit nombre d’échantillons. Mais la nouvelle technique LLNL nécessite un sixième de travail manuel par rapport au SIP manuel et permet de traiter 16 échantillons simultanément.
"Notre approche semi-automatisée réduit le temps de l'opérateur et améliore la reproductibilité en ciblant les étapes du SIP les plus exigeantes en main-d'œuvre", a déclaré Erin Nuccio, scientifique au LLNL et auteur principal d'un article paru dans la revue Microbiome. "Nous avons maintenant utilisé cette approche pour traiter plus d'un millier d'échantillons, dont certains provenant de microhabitats du sol très peu étudiés."
L'un de ces microhabitats est le sol entourant immédiatement les tissus des mycorhizes, un type de champignon qui forme des relations symbiotiques avec 72 % de toutes les plantes terrestres. En échange du carbone végétal, le champignon (champignons mycorhiziens arbusculaires) fournit à ses hôtes des ressources essentielles comme l'azote, le phosphore et l'eau.
Dans cette étude de validation de principe, les auteurs ont montré le « réseau trophique » des interactions stimulées par les champignons mycorhiziens dans le sol.
« Nous pensons qu’il s’agit d’une voie majeure pour la manière dont le carbone végétal est largement distribué dans le sol. Le sol contient le plus grand réservoir de carbone organique à cycle actif sur la planète », a déclaré l'auteure co-correspondante Jennifer Pett-Ridge, responsable du projet LLNL et chef du bureau scientifique du ministère de l'Énergie « Les microbes persistent ». . « Nous avons séquencé une infime quantité d’ADN, déterminé les organismes actifs, puis reconstruit leurs génomes et leurs interactions potentielles. »
Parmi les autres auteurs du LLNL figurent Steven Blazewicz, Marissa Lafler, Ashley Campbell, Jeffrey Kimbrel, Jessica Wollard, Rachel Hestrin ainsi que des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, du DOE Joint Genome Institute et de l'Université de Californie à Berkeley.