Conséquence de la symbiose (en )

CONSEQUENCES DE LA SYMBIOSE
I conséquences sur l'hôte :
A) Sur la morphologie :
Nodosités sur les racines des Fabacées qui sont le reflet de l'interaction symbiotique.
Apparition des structures :




I : Zone méristématique (zone de croissance)
II : Zone d'infestation (développement des
symbioses)
III : Zone fonctionnelle (zone de fixation du
N2)
IV : Zone sénescente (vieillissement, perte
des symbioses, association moins efficase)
Régression des structures :
Régression des poils absorbants lors de mycorhizes.
Ces poils sont présents très peu de temps sur les racines des plantes (on les trouve
près des zones méristématiques et lors de la germination de la graine). Les mycorhizes
les remplacent (si on traite les racines avec un fongicide, les poils absorbants
réapparaissent).
Les plantes nitrophiles ne présentent pas de mycorhizes mais seulement des poils
absorbants (Brassicacées (choux), Chénopodiacées (épinards))
B) Sur le comportement :
Plathelminthe Convoluta qui ne possède pas d'appareil digestif mais possède de
nombreuses algues ce qui lui donne sa couleur. Elle habite dans les marais, sur les
plages et fuit la lumière (qui leur est nocive). Mais Convoluta, elle, cherche la lumière du
fait de ces algues symbiotes. Changement de l'habitus
Cnidaire (Anémone de mer), Anthopleura eleguentissima / Cyanobactéries
symbiotiques.
Dans une population d'Anémones de mer on les place dans l'obscurité pour qu'elles
n'aient plus d'algues symbiotiques.
On constate un déplacement des anémones avec symbiotes vers la lumière tandis que
celles sans ne bougent pas. Le symbiote à bien une action sur le comportement de son
hôte.
C) Sur le génome :
Conséquence sur la perte d'un gène chez l'hôte ou acquisition des gènes du symbiote.
Amibe / bactéries « pathogènes » devenues symbiotes (expérience mené sur
20ans) (voir Cours sur la Symbiose II 3a)
La « méthylase » n'est pas fonctionnelle qu'en présence de vitamines synthétisées
par les symbiotes. Certaines amibes possèdent le gène fonctionnel. La perte de ce gène
n'a donc pas trop d'incidence sur les amibes avec leurs symbiotes.
Les gènes des chloroplastes sont issus de plastes et de bactéries (Eucaryotes). Le
métabolisme a besoin de RUBISCO (Ribulose 1,5 biphosphate carboxylase) possède 2
sous unités (l'une grande et une petite qui sont codées par des gènes indépendants). Les
deux gènes sont chez les cyanobactéries et les plantes mais pas aux mêmes endroits.
L'un est dans le noyau et l'autre dans le génome du chloroplaste, chez les plantes alors
qu'ils sont dans la boucle d'ADN de la cyanobactérie. Celui du noyau proviendrait d'un
gène qui serait à l'origine dans le génome du plaste (transfert horizontal). Il existe des
mécanismes d'exportation des protéines issues de la transcription de l'information
du noyau vers les plastes. Les 2 gènes de la RUBISCO sont présents dans le plaste
chez les Algues rouges. Ce mécanisme de transfert ne s'est donc réalisé qu'une fois dans
le règne des plantes.
II Sur le symbiote :
A) Conséquence morphologique :
Le rhizobium existe sous forme libre (pas de bonne fixation de N2) mais aussi sous
forme de symbiose.
Cas des Cnidaires et des zooxanthelles
Libres les Dinoflagellés ont 2 flagelles (cingulum et sulcus), en symbiose ils les
perdent.
*) Disparition des structures reproductrice :
Fourmilière de fourmis Atta / Champignon Lépiote
Les fourmis collectent des végétaux pour former un compost au sein de la
fourmilière où le champignon s'y développe. Les fourmis mangent les mycotêtes
(formation globuleuse sur la maille des hyphes inexistant chez les lépiotes seul). Le
champignon forme de temps en temps un organe reproducteur (carpophore) qui est stérile
(pas de spores au niveau de l'hyménium). La seule reproduction qu'il réalise est asexué et
les fourmis assurent sa dissémination lors de formation de nouvelles colonies.
B) Conséquences sur la physiologie :
Production de plus d'assimilats à destination de l'hôte.
Cnidaires Anthoplara eleguantissima / Algues zooxanthlelles
On fragmente les cellules de l'anémone pour en extraire les symbiotes. Celles-ci
sont placées dans un milieu saturé de *CO2. On observe les taux de fixation et de
libération de produits dès le début de l'extraction puis 10h après.
14C
fixé (%)
14C
exsudé (%)
To extraction
100 u.a
55
T= 10h
10 u.a
6
Les algues fonctionnent 10 fois mieux en état de symbiote qu'en état libre. Il y a
moins de produits exsudé dans le milieu.
C) Conséquence sur le génomes :
On compare la taille du génome des cyanobactéries à celui d'un plaste
Nb de gènes
Taille du génome (paire de
bases)
Cyanobactéries
Environ 4000
Environ 106
Plastes
Environ 100
Environ 105
Rapport
X40
x10
Une partie des gènes sont partis dans le noyau et d'autres se sont perdus (ont
disparu). Diminution d'un facteur 10 de la taille génome et de 40 pour le nombre de
gènes.
III Constitution d'un nouvel organisme fonctionnel :
Exemples : Fabacées / Rhizobium
La fixation de N2 est impossible par la Fabacée seule et très médiocre par le rhizobium
seul. C'est leur association qui est efficace. La nitrogénase bactérienne est très coûteuse
en énergie pour la bactérie.
N2 + 16ATP + 8e- + 10H+ → 2NH4+ +16ADP + 16Pi + H2
2NH4+ qui donnera des acides aminés
Il faut donc beaucoup d'ATP et également suffisamment de pouvoir réducteur. Cela
représente 15 à 30% de la photosynthèse de la Fabacée. Cette bactérie produit
également de l'énergie via la respiration. La nitrogénase est inhibé et détruite par l'O2
mais qui est piégé par la leg hémoglobine.
P50 extrêmement base
0,04mmHg, celle de l'hémoglobine
humaine est de 40mmHg
Elle a une grande affinité à l'O2
et elle se sature facilement même à
de faible pression partielle en O2 (ce
qui est le cas du sol).
L'O2 du sol est fixé par la leg
hémoglobine qui la relargue dans la
bactérie pour la respiration. Ainsi, la
bactérie réalise la respiration aérobie
(production d'ATP) à faible pression
partielle en O2 ce qui protège la nitrogénase et lui permet de fixer le diazote.
IV Conséquences écologiques :
A) Augmentation des flux d'azote dans un écosystème :
On prend une prairie naturelle (elle fixe 30kg d'N/hectare/an) et une avec des Fabacées
(100 à 350kg d'N/hectare/an). Les Fabacées enrichissent un sol. Elles sont
généralement des plantes pionnières, présentes sur des sols pauvres en azote.
B) Raccourcissement des cycles de l'azote :
Cette minéralisation nécessite de l'oxygène. Un sol riche en O2 est un sol bien
structuré, bien aéré). Les sols acides on une oxygénation plus faible.
Les mycorhizes permettent l'assimilation de NH4+ en Norg directement. Il y a un
raccourcissement du cycle.
C) Augmentation trophique :
Rapport de masse entre
consommateur et producteur. Le
rapport est de 10 entre
consommateurs primaires et
producteurs dans une prairie (soit
10kg de vache pour 100kg
d'herbes)
D) Vie en milieux difficiles :
Froid, chaud, sol pauvre, luminosité très
variante, dessication, variation de la salinité .
La zone supralitorale est un milieu de vie
très difficile pourtant c'est à cet endroit que
l'on trouve la plus grande diversité de
lichens qui représente la majeur partie de la
biomasse.
Paradoxalement les lichens sont très
sensibles à aux agents polluants (fumées,
produits toxiques, ...) et leur diversité diminue
à l'approche des villes.