


Le microbiote des plantes, appelé aussi phytobiote, est le microbiote constitué de la communauté de micro-organismes bactériens et fongiques plus ou moins mutualistes ou symbiotiques, associée à la plupart des plantes :
Le microbiome de la plante est appelé phytobiome.
Ce microbiote est étudié depuis au moins les années 1950 et fait l'objet de nombreuses découvertes.
L'un des enjeux d'une meilleure connaissance du microbiote des végétaux est de l'utiliser comme allié en agriculture, voire pour la dépolluer des sols ou de l'eau (pollution azotée en particulier, responsable de l'acidification et de l'eutrophisation et d'un appauvrissement de nombreux habitats et écosystèmes).
De nombreux types de symbioses entre organismes sont connus et semblent faire partie des mécanismes importants de l'évolution et de la sélection naturelle.
La mycologie et la botanique ont depuis plusieurs décennies montré que le système racinaire des plantes abrite des symbioses complexes et souvent vitales (avec des champignons et des bactéries principalement, externes ou endophytes, internes). Ces symbioses permettent notamment aux végétaux de mieux capter l'azote comme nutriment mais elles présentent aussi de nombreux autres avantages pour les plantes (et leurs symbiotes).
Des bactéries fixatrices d'azote ont d'abord été trouvées et étudiées dans les nodules racinaires développés par les légumineuses (Fabacées) puis, à l’intérieur même de certaines plantes alors dites actinorhiziennes (abritant des actinomycètes dans des structures actinorhizes). Ce type de symbioses - envisagées d'abord associées aux racines puis aux aiguilles de certains résineux permet à certains végétaux d'avoir une croissance plus rapide, voire très rapide, en particulier chez des espèces ou variétés de grand intérêt agricole, commercial et alimentaire comme la (canne à sucre).
Une partie du microbiote des plantes, découverte en 2009 et 2016, est cachée dans la portion aérienne des arbres, dans les aiguilles des essences pionnières résineuses et dans les branches d'arbres des Salicaceae (saules (Salix sp.) et peupliers (Populus sp.). Elle explique que ces taxons peuvent croitre facilement sur des substrats pourtant très pauvres et notamment carencés en azote bioassimilable.
L'élagage naturel, appelé autoélagage, élimine les branches affaiblies (parasitisme de faiblesse) ou mortes (mort par manque de lumière ou tuées par des champignons localement parasites), favorisant l’élévation de la couronne et l’installation du houppier définitif. Il se révèle donc utile à l'adaptation d'une structure ligneuse à son environnement, participe à la construction de l'architecture d'un individu, et fait intrinsèquement parti de l'écosysteme et de l'équilibre d'un peuplement.
Il implique l'activité d'une communauté microbienne spécialisée qui parasite les tissus ligneux affaiblis (organismes biotrophes), les tue puis décompose les branches manquant de lumière (organismes nécrotrophes), ou simplement des micro-organismes saprotrophes (saproxyliques et saproxylophages) qui consomment des branches déjà mortes. Plusieurs études mettent en évidence la diversité taxonomique de ce groupe d'« élagueurs » : Stereum gausapatum, Vuilleminia comedens (de), Peniophora quercina, Phellinus ferreus (en), Phlebia rufa sur les branches de chênes ; Daldinia concentrica, Hypoxylon rubiginosum, Peniophora lycii et Peniophora quercina sur celles de frêne,.
L'absence de la communauté microbienne associée à des arbres importés dans une région et propre à chaque espèce ligneuse (épicéas en plaine, Pin de Monterey et cyprès introduits de Californie en Bretagne) a pour conséquence que l'élagage naturel ne s'effectue plus. L'aspect lisse du tronc correspond ainsi à une sculpture microbienne, les agents d'élagage étant des champignons microscopiques.
Jusqu'en 2010, les endosymbioses bactériennes fixatrices d'azote n’étaient connues avec certitude que chez les graminées tropicales ou certains arbres, mais uniquement au niveau racinaire ou en situation d'épiphytes, sur les feuilles. Ces endosymbioses bactériennes étaient auparavant soupçonnées dans les parties aériennes de quelques essences d'arbres.
Au début du XXIe siècle, des chercheurs intrigués par la capacité de certaines essences pionnières à s'enraciner et à grandir rapidement dans des substrats trop pauvres pour leur offrir une quantité suffisante d'azote ont soupçonné qu'il existait aussi des endosymbioses aériennes chez les certains arbres (pins, robiners et aulnes) avec des effets d'abord uniquement expliqués par des réactions de dénitrification,.
En 2012 et 2016, deux études montrent que des résineux croissant sur des substrats rocheux très pauvres en azote peuvent également abriter à l’intérieur de leurs aiguilles des colonies de bactéries fixatrices d'azote ; il s'agit des essences américaines du Pin tordu (Pinus contorta), du Thuya géant (Thuja plicata) dont certains tissus abritent des bactéries des genres Paenibacillus (en) et Dyadobacter (en), fixatrices d'azote et du Pin flexible (Pinus flexilis).
En 2025, une étude montre qu'un seul arbre abrite environ mille milliards de bactéries dans ses tissus ligneux, les communautés microbiennes étant distinctement réparties entre le bois de cœur et l'aubier, chacun conservant un microbiome unique présentant une similitude minimale avec les autres tissus végétaux ou composants de l'écosystème. Le microbiome du bois de cœur apparaît comme une niche écologique unique, caractérisée par des archées et des bactéries anaérobies spécialisées qui pilotent des processus biogéochimiques importants. En ce sens les arbres, le plus grand réservoir de biomasse sur Terre, peuvent être considérées comme des holobiontes, avec d'importantes implications pour leur santé, leurs maladies et leur fonctionnalité.



Les animaux sont associés à un microbiote interne et externe qui semble toujours principalement bactérien bien qu'il abrite également des champignons et des protozoaires et quelques organismes parasites ou commensaux (qui aident généralement leurs hôtes à mieux vivre). Ce microbiote influence notamment l'efficacité de la nutrition et la qualité du système immunitaire vital pour la santé de l'hôte. Comme chez les plantes, cette association se réalise avec d'autres communautés et quelques spécificités.
Comme les animaux et toutes les espèces connues, les plantes ont besoin d'un nutriment vital : l'azote (N). Elles ne peuvent cependant pas l'utiliser sous sa forme N2 la plus commune (plus de 75 % de l’air), elles doivent le capter dans l'environnement sous forme de nitrates principalement mais il y est parfois rare. Au cours de l'évolution et de la coévolution entre les plantes et les micro-organismes abondamment présents dans les sols, la plupart des plantes ont développé des relations symbiotiques en s'associant certaines bactéries, capables en milieu anoxique ou appauvri en oxygène, de transformer l'azote de l'atmosphère (présent dans un sol suffisamment aéré) en azote biodisponible. Elles le font via un enzyme, la nitrogénase que les plantes ne peuvent biosynthétiser et qui ne fonctionne qu'à l’abri de l’oxygène.
Ce microbiote végétal rend certaines plantes plus tolérantes au sel, aux températures extrêmes et, permet la production de vitamines et phytohormones pour un meilleur captage des oligo-éléments, augmente leur résistance à certains microbes pathogènes, détoxifie certains polluants (dans la plante et aussi le sol) et, augmente fortement la capacité des végétaux à prélever des nutriments dans le sol, l'air et/ou l'eau,,, et par suite à décolmater le sol de leurs exsudats et de leur nécromasse, de l'enrichir au profit de l'humification, du captage de carbone (puits de carbone) et plus généralement de la biodiversité des sols (pédoflore et pédofaune) et de la biosphère.
Mieux connaitre et comprendre ces symbioses est un enjeu dans de nombreux domaines.
Agriculture de façon large : La culture sélective des plantes constitue un enjeu majeur depuis l'émergence de la pratique agricole, il y a plusieurs milliers d'années.
Sylviculture :
Les conditions favorisantes (ou au contraire inhibantes) des associations optimales de plante avec un microbiote spécifique sont encore très mal comprises, en particulier pour les endosymbioses. Cette question intéresse tant les sciences fondamentales que la recherche appliquée.
Mieux connaitre le devenir et le rôle éventuel des bactéries et champignons ainsi « captés » par la plante, par exemple lors de l'utilisation de mulch ou dans le cadre de phénomènes de résilience écologique observés avec l'utilisation de bois raméal fragmenté ou lors de certaines colonisations ou régénérations forestières (post-tempête ou suivant certaines coupes rases ou incendies de forêt) sont des questions d'intérêt scientifique, mais également intéressantes pour le génie écologique et toutes les techniques de cultures de végétaux aériens ou de l'estran (Les plantes aquatiques marines de la zone de l'estran, Fucaceae par exemple, pourraient également présenter des symbioses d'intérêt).
Des études pluridisciplinaires associant la botanique, la génétique des plantes, la pédologie et la microbiologie des sols, l'écologie, devraient permettre de mieux comprendre les phénomènes de fixation rapide de l'azote atmosphérique, et leur importance relative dans le cycle de l'azote et éventuellement les utiliser au profit d'activités humaines plus soutenables à l'égard de l'environnement. La Recherche porte aussi sur l'identification de probiotiques utilisables pour les cultures de végétaux,.
Ces études, ont montré sans ambigüité qu'il peut être avantageux d’inoculer certains végétaux cultivés par des endophytes provenant de la même espèce, et même d'autres espèces, mais on ignore encore si (et dans quelle mesure) la quantité d’azote fixé par les peupliers sauvages dépend aussi de la composition, densité et répartition de son microbiote naturel.
De plus, pour identifier les bactéries testées, on les met habituellement d'abord en culture (sur trois types de médiums différents dans l’étude évoquée ci-dessus), ce qui fait qu’on ne connait (et qu’on n’a testé) que des bactéries « cultivables » (qui ne sont peut-être pas les plus performantes). Enfin, si les tests d’inoculations sur d’autres plantes (dont d’autres espèces) ont clairement montré que ces bactéries étaient responsables d’une meilleure fixation de l’azote, il est possible qu’il en existe d’autres non encore repérées.
Il a été récemment prouvé avec des preuves expérimentales que le microbiome des graines est transmis au développement des semences pendant la germination. Le microbiome transmis a également une voie de transmission très spécifique, ce qui signifie que certaines bactéries et champignons se déplacent de la même manière vers les feuilles des plantes et d'autres vers les racines des plantes. Il a également été montré dans cette étude que presque tout le microbiome des graines est en fait transmis à la nouvelle plante, avec très peu de micro-organismes qui restent dans les graines ,.
Le microbiote comprend aussi des bactéries qui peuvent dans certaines conditions devenir pathogènes voire mortelles pour la plante (ou pour l'homme comme les salmonelles). Certaines associations qui semblent délétères pour la plante doivent aussi être mieux comprises.
On cherche aussi à mieux comprendre comment le système immunitaire et le génome d'une plante "choisissent", "invitent" ou "acceptent" ces organismes symbiotes (y compris sur les surfaces foliaires), et comment le microbiote interfère dans les relations entre des plantes d'espèces différentes et entre individus végétaux d'une même espèce , de même que le rôle du microbiote dans la décomposition des feuilles mortes et le recyclage des éléments qu'elles contiennent.
Le microbiote des plantes est - sans surprise - vulnérable aux fongicides et aussi à de nombreux autres biocides dont certains sont des polluants émergents non-biodégradables, comme le nano-argent.
La recherche porte aussi sur le rôle évolutif du microbiote des plantes via l'étude de la théorie hologénomique de l'évolution (en),.