Interaction plante-communautés microbiennes

de la rhizosphère et légumineuses: une approche

multidisciplinaire.

Christophe Salon,

Christophe Mougel,

Nathalie Munier Jolain,

Anouk Zancarini.

UMR Agroécologie, INRA Dijon

CO2

C

C

Sol

Communautés

microbiennes

Modification des communautés microbiennes sous l’influence de la plante

(Hartmann et al. 2009 ; Buée et al. 2009)

La rhizodéposition, base des interactions

plante-communautés microbiennes

• 17% du carbone fixé (Nguyen 2003)

• Mucilage, exsudats, sénescence des racines

• Nutriment et signaux (Lynch et Whipps 1990)

• Délimite la zone d’influence des racines :

la rhizosphère

3

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

Contexte

C

C

Sol

Contexte

Sol

4. Modification de la croissance

de la plante sous l’influence des

communautés microbiennes

2. Modification des

communautés

microbiennes de la

rhizosphère (densité,

diversité et activité)

Bulk Soil

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

I MW MW MW

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

200

300

420

540

654

759

867

984

1051

1206

230

250

325 350

380

450

480

587

698

810

915

1120

MW

Rhizosphere II III IV V

3. Sélection de communautés

microbiennes spécifiques de

la rhizosphère

Sol

1. Modification du sol

sous l’influence des

racines (rhizodéposition)

CO2

Environnement

Communautés

microbiennes

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

1/7

Comment les communautés microbiennes modifient la croissance et la

santé de la plante ? (Kraiser et al. 2011 ; Lugtemberg et Kamilova 2009 ; Vessey 2003)

Biofertilisation (Rhizobium, Azospirillum)

Phytostimulation (Azospirrillum, Phyllobacterium)

Rhizoremédiation

Meilleure résistance aux stress

Synthèse d’antibiotiques

Glycine max (soja)

Témoin B. japonicum

5

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

Contexte

Vers une nouvelle approche des interactions plantes – communautés

microbiennes de la rhizosphère…

• Nécessité d’avoir une approche globale intégrant tous les partenaires

• Vision de la plante comme levier des modifications au niveau microbien

6

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

Contexte

Hypothèse de recherche

Communautés

microbiennes

Facteurs

environnementaux

Le génotype de la plante est un levier

des modifications au niveau microbien

Facteurs abiotiques :

- Rayonnement

- Température

- Azote minéral

Facteurs biotiques :

- Communautés

microbiennes

Phénotype de

la plante

Génotype

de la plante

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

2/7

Surface

foliaire

Efficience

biologique

Biomasse

totale

Quantité

totale d’azote

Prélèvement

d’azote spécifique

Efficience de

conversion de N

en surface foliaire

Communautés

microbiennes

Rhizodéposition

Cadre d’analyse pour l’étude des interactions

Sol

Adapté à partir de

Moreau 2007

Respiration Stimulation du

développement

racinaire

Amélioration de

la disponibilité

en N du sol

NO3-

N2

CO2

Biomasse

souterraine

Ratio biomasse

souterraine sur

biomasse totale

Nminéral

Norga

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

3/7

Une approche multidisciplinaire

Approche d’écologie microbienne :

Structure génétique des communautés

bactériennes et fongiques (ARISA)

Diversité bactérienne (pyroséquençage 454)

Structure génétique des communautés microbiennes par

ARISA (Mougel et al. 2006)

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

Approche écophysiologique:

Croissance de M. truncatula

Surface foliaire, biomasse aérienne et racinaire

Analyse de flux de carbone et d’azote (marquage isotopique)

Photosynthèse, rhizodéposition, respiration, N2 fixation

Stratégie nutritionnelle (modèle écophysiologique)

Approche génétique :

Variabilité génétique, core collections…

4/7

Communautés bactériennes du sol

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

5/7

DZA_045_6

DZA_315_16

DZA_315_26

F_83005_5

Jemalong_A17

Jemalong_J6

SA_028064

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10

-0.1

0-0

.05

0.0

00

.05

0.1

0

Pri

ncip

al C

om

po

ne

nt 2

(2

7%

)

Principal Component 1 (43%)

p-value < 0,001

Structure génétique

des communautés

bactériennes du sol

rhizosphérique

constrastée en fonction

du génotype considéré

Le génotype de Medicago truncatula affecte les

communautés bactériennes du sol rhizosphérique

Zancarini et al, (2012) PloS One, PLoS ONE 7(10): e47096. doi:10.1371/journal.pone.0047096

Zancarini et al, (2012) Plant and Soil, sous press

Sol

Efficience

biologique

Prélèvement

d’azote spécifique

Efficience de

conversion de N

en surface foliaire

Ratio biomasse

souterraine sur

biomasse totale

Stratégies nutritionnelles contrastées

Un génotype a une

faible biomasse totale

b

a ab a

a

ab ab

… due à une faible efficience de

conversion de l’azote en surface foliaire

par rapport aux autres génotypes

Une plus faible croissance par effet cumulatif d’une plus faible

efficience de conversion de l’azote en surface foliaire

Surface

foliaire

Biomasse

totale

Quantité

totale d’azote

Biomasse

souterraine

Contexte Hypothèse Résultats Conclusion/Perspectives Cadre d’analyse

6/7 Zancarini et al, (2012) PloS One, PLoS ONE 7(10): e47096. doi:10.1371/journal.pone.0047096

Zancarini et al, (2012) Plant and Soil, sous press

Pistes de recherches…

Poids des liens trophiques dans l’interaction ?

Généricité des données ?

Aller vers le fonctionnel : traits plantes et traits bactériens

Aborder l’effet des communautés sur la croissance des plantes

Rôle du génotypage et du phénotypage HD ?

Comment intégrer ces connaissances dans la définition d’idéotypes

de plante favorisant et optimisant les interactions?

Introduction Démarche Résultats Conclusion/Perspectives Matériels & Méthodes

7/7

… et contexte partenarial

Fédérer les approches au sein (et entre) des pôles de compétitivité?

Introduction Démarche Résultats Conclusion/Perspectives Matériels & Méthodes

7/7