À l'aube de la vie sur Terre, les plantes aquatiques quittaient leur milieu d'origine, rencontrant l'exposition accrue aux rayons ultraviolets, contraintes de s'adapter à la dessiccation et à des nutriments moins accessibles. Une étude démontre que cette conquête terrestre par les végétaux a été rendue possible grâce à un échange mutuellement bénéfique entre plantes et champignons. La validation de cette hypothèse, émise il y a 40 ans, permet de comprendre une étape essentielle au développement de la vie sur Terre. 

Il y a environ 450 millions d'années, les premières plantes ont quitté les eaux pour vivre sur les terres émergées. Pour ce faire, elles ont dû s'adapter à l'aridité du milieu terrestre. L'étude de fossiles avait, dans les années 1980, permis d'émettre l'hypothèse qu'une alliance plantes-champignons était peut-être à l'origine de la végétalisation terrestre. Elle vient d'être confirmée par une équipe internationale de recherche et l'étude est publiée dans Science le 21 mai. 

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Cette équipe était constituée par de nombreux collaborateurs internationaux qui ont contribué à l'étude dont l'Université de Cologne et le CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies de l'Université de Fribourg-en-Brisgau en Allemagne ; l'université de Cambridge au Royaume-Uni ; l'université de Zurich en Suisse; et l'université du Tohoku au Japon. Cette équipe a été pilotée par des scientifiques français dont des équipes du Laboratoire de recherche en sciences végétales (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier), de la Fédération de recherche agrobiosciences, interactions et biodiversitébiodiversité (CNRS/Toulouse INP/Université Toulouse III - Paul Sabatier/INRAE), du Laboratoire des interactions plantes-microorganismes-environnement (CNRS/INRAE) et de l'Institut des maladies métaboliques et cardiovasculaires (Inserm/Université Toulouse III - Paul Sabatier) qui sont impliquées.

Arbre phylogénétique des plantes. Les plantes vasculaires et non-vasculaires forment une symbiose avec des champignons. Cercles de gauche : le champignon est coloré en bleu dans une racine de luzerne tronquée (haut) ou un thalle de <em>M. paleacea</em> (bas). Cercles de droite : luzerne tronquée (haut), <em>M. paleacea</em> (bas).
Arbre phylogénétique des plantes. Les plantes vasculaires et non-vasculaires forment une symbiose avec des champignons. Cercles de gauche : le champignon est coloré en bleu dans une racine de luzerne tronquée (haut) ou un thalle de M. paleacea (bas). Cercles de droite : luzerne tronquée (haut), M. paleacea (bas).

Un échange mutuellement bénéfique

Pour comprendre la vie passée, les chercheurs et chercheuses ont dû étudier les plantes du présent. Celles-ci sont divisées en deux grandes catégories : les plantes vasculairesplantes vasculaires avec tiges et racines, et les plantes non-vasculaires comme les mousses, appelées bryophytes.

La majorité des plantes vivent en symbiose avec des champignons, autrement dit ces deux organismes procèdent à des échanges mutuellement bénéfiques. Lors de précédentes études, il a été démontré l'existence de gènesgènes essentiels au bon déroulement de cette symbiose, notamment chez les plantes vasculaires. Les scientifiques se sont ici concentrés sur une bryophyte à l'allure de plante grasse (voir image), peu décrite et pour laquelle on n'avait pas encore observé de tels gènes : Marchantia paleacea.

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En étudiant M. paleacea, ils ont pu démontrer un transfert de lipideslipides entre la plante et le champignon similaire à celui observé chez les plantes vasculaires. En adaptant l'utilisation des ciseaux moléculaires CRISPRCRISPR, un outil qui permet de « couper » l'ADNADN de façon précise, ils ont ensuite pu modifier un gène prédit comme « symbiotique ». Comme chez les plantes vasculaires, l'interruption des échanges de lipides entre la plante et le champignon conduisent à l'échec de la symbiose chez la bryophyte.

L'ancêtre commun de ces deux groupes de végétaux, qui a colonisé la terre ferme, devait donc échanger des lipides avec le champignon, comme les plantes actuelles. Ainsi, 450 millions d'années plus tard, un des secrets des premiers pas de la vie sur la terre ferme a enfin pu être élucidé.