Note publique d'information : Les communautés microbiennes du sol peuvent améliorer la croissance de la plante en
augmentant la disponibilité en nutriments du sol, favorisant ainsi leur prélèvement
par la plante. Dans le contexte d’une production agricole à bas niveau d’intrants,
la nutrition de la plante est susceptible de reposer de plus en plus sur les interactions
plante-communautés microbiennes de la rhizosphère, qui peuvent être modulées par le
génotype de la plante. Pourtant, très peu d’études se sont intéressées aux modifications
des communautés microbiennes de la rhizosphère dans leur globalité et ce en relation
avec à la fois le génotype et le phénotype de la plante. Ces travaux de thèse ont
été consacrés à étudier l’effet du génotype de la plante sur la structure génétique
des communautés microbiennes de la rhizosphère en relation avec les stratégies nutritionnelles
de la plante.L’interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère a été
évaluée par une approche multidisciplinaire alliant écophysiologie et écologie microbienne.
L’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes
de la rhizosphère qui lui sont associées a été analysé par DNA fingerprint. Les différentes
stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par une approche de type
structure/fonction prenant en compte la mise en place des structures (feuilles, racines)
et leur fonctionnement (photosynthèse, rhizodéposition, prélèvement spécifique d’azote).Dans
une première expérimentation réalisée sur sept génotypes de Medicago truncatula, nous
avons montré qu’à un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago
truncatula affectait la structure génétique des communautés bactériennes du sol. En
revanche, à ce stade précoce, peu de différences de croissance ont été observées entre
les différents génotypes étudiés. Ces derniers ont par contre présenté des stratégies
nutritionnelles contrastées. Les descripteurs fonctionnels sont donc plus efficaces
que les descripteurs structurels pour discriminer les génotypes de plantes à un stade
précoce du développement de la plante. De plus, nous avons montré un lien entre les
stratégies nutritionnelles de la plante et la sélection des communautés bactériennes
associées. Cette étude nous a également permis de développer un cadre d’analyse écophysiologique
appliqué à l’étude des interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère.Outre
l’effet majeur du génotype de la plante dans les interactions plante-communautés bactériennes
de la rhizosphère, nous avons également montré qu’il y avait un effet important de
l’environnement, comme la disponibilité en azote minéral du sol. En effet, la disponibilité
en azote minéral du sol a affecté la structure génétique des communautés bactériennes
rhizosphériques via un effet indirect de la plante dépendant du génotype considéré.
Les effets des différents génotypes de Medicago truncatula et de leurs stratégies
de réponses à des contraintes environnementales, comme la disponibilité de l’azote
du sol, se sont révélées être des composantes majeures de la sélection des communautés
microbiennes. [...]
Note publique d'information : The soil microbial communities can improve plant growth by increasing soil nutrient
availability, thereby promoting their uptake by the plant. In an overall context of
input reduction, the plant nutrition should be increasingly based on plant- rhizosphere
microbial communities’ interactions. Yet, very few studies have examined the entire
rhizosphere microbial communities in relationship with both plant genotype and phenotype.
The aim of this thesis was to study the plant genotype effect on the rhizosphere microbial
communities in relationship with the plant nutritional strategies.To do so, the plant-rhizosphere
microbial communities’ interaction was assessed by a multidisciplinary approach combining
ecophysiology and microbial ecology. The plant genotype effect on the genetic structure
of the associated rhizosphere microbial communities was analyzed by DNA fingerprinting.
The different plant nutritional strategies were analyzed by a structural/functional
approach taking into account both structure establishment e.g. leaves and functions
e.g. photosynthesis.In a first experiment carried out on seven genotypes of Medicago
truncatula, we showed that the Medicago truncatula genotype affected the genetic structure
of the rhizosphere bacterial communities very early relatively to the plant development
stages. However, at this early stage, few growth differences could be observed among
the different genotypes. Yet, those genotypes presented contrasted nutritional strategies.
Therefore, the functional descriptors were more efficient than the structural ones
to discriminate plant genotypes at an early developmental stage. In addition, we showed
that a link existed between the plant nutritional strategies and the rhizosphere bacterial
communities selection. Finally, this study enabled to develop a multidisciplinary
framework applied to the study of the plant- rhizosphere microbial communities’ interactions.In
addition to the plant genotype effect, we showed that there is an environmental effect
e.g. soil mineral nitrogen availability on the rhizosphere bacterial communities.
Indeed, the soil mineral nitrogen availability affected the genetic structure of the
rhizosphere bacterial communities via an indirect effect of the plant depending on
its genotype. The effects of the different Medicago truncatula genotypes and their
response strategies to environmental constraints (soil mineral nitrogen availability),
proved to be a major component of the selection of the rhizosphere microbial communities.In
order to identify the genetic determinisms of the interaction between the plant and
the rhizosphere microbial communities, a second experiment was conducted on a core
collection of 184 genotypes of Medicago truncatula. Initial results enabled to identify
and characterize four groups of genotypes with contrasted phenotypes for their growth
and their specific nitrogen uptake. Thanks to high-throughput sequencing, we will
analyze the rhizosphere microbial communities’ diversity associated with the different
Medicago truncatula genotypes. These results should determine if the plant genotype
influences the selection of beneficial rhizosphere microbial communities. Moreover,
when the whole genome sequencing data would be available for the 184 genotypes of
the Medicago truncatula core collection, a genome-wide association study will be proceed.
The creation of plant ideotypes, which will promote beneficial interactions with rhizosphere
microbial communities, will be possible. Plant growth and yield will be improved without
the concomitant increase of agricultural inputs.
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