Quels modèl es d’interaction pl ant e-microorganis mes ét udier et pour quels bén éfic es ?

Dans le cadre de mes activités de recherche, j’ai été amenée à considérer différents modèles d’interaction entre les plantes cultivées et les microorganismes. J’ai également pris en compte

différents bénéfices que la plante peut tirer de son interaction avec certains microorganismes, qu’il s’agisse de bénéfices nutritionnels ou de bénéfices liés à la diminution de l’incidence d’agents pathogènes. Le projet que je propose sera principalement centré sur l’une des plantes cultivées modèles sur laquelle j’ai travaillé jusqu’alors, à savoir le blé. En effet, le blé est l’une des toutes premières céréales produites mondialement et pour laquelle les enjeux en termes de production et de qualité (sanitaire et nutritionnelle) sont importants, en particulier dans une logique de réduction des intrants chimiques (Figueroa et al., 2018 ; http://www.fao.org/worldfoodsituation/csdb/fr/). Concernant cette céréale, une progression de la production d’environ 1,6% / an jusqu’en 2050 semble nécessaire pour répondre à l’accroissement de la demande mondiale (Singh et al., 2016). Pour autant, le recours aux intrants (fertilisants minéraux et en particulier fertilisants azotés ou produits phytosanitaires), qui ont largement contribué à l’augmentation des rendements observés sur les 50 à 60 dernières années, est actuellement largement remis en cause du fait des impacts négatifs de ces produits sur l’environnement, la biodiversité mais aussi la santé humaine (Han et al., 2015). L’utilisation de microorganismes du microbiote de la plante capables d’actions complémentaires en améliorant la croissance de la plante, notamment via sa nutrition N tout en diminuant l’incidence d’agents pathogènes est une alternative encore peu explorée mais intéressante. En effet, la disponibilité en N peut moduler la sensibilité de la plante à un agent pathogène et ce, en interférant de manière directe, avec l’expression des facteurs de virulence de l’agent pathogène par exemple ou de manière indirecte, en influençant l’expression des défenses de la plante et son microbiote (Berg et Koskella, 2018 ; Fagard et al., 2014). Il a été montré également que l’effet disponibilité en N sur la sensibilité de la plante à un agent pathogène dépend du caractère biotrophe ou nécrotrophe de cet agent (Fagard et al., 2014). Concernant le blé, plusieurs agents pathogènes sont susceptibles de contaminer la culture au cours de son cycle de développement (Figueroa et al., 2018). Il est possible de citer les agents des fusarioses, affiliés aux genres Fusarium et Microdochium (Xu et Nicholson, 2009). Ces champignons peuvent survivre dans le sol, être transmis par les semences et ainsi provoquer un ensemble de maladies, allant, selon l’espèce considérée, de fontes de semis et pourritures du collet sur plantules jusqu’à des symptômes de nécroses et d’échaudage sur les épis (Leplat et al., 2011). Ces agents pathogènes constitueront les modèles de bioagresseurs qui seront pris en compte dans le cadre de ce projet, sachant que F. graminearum constitue déjà un modèle d’étude de la thèse de Yuka Munakata (2018-2021), de Omar Hafidi (2020-2023) et du projet Agrobiote (Projet Région Grandes Entreprises - 2020-2021) dont notre UMR est partenaire et dans lequel je porte l’un des Work Packages. Nous nous focaliserons principalement sur les maladies racinaires provoquées par ces champignons. D’autres agents pathogènes également impliqués dans des symptômes de pourritures racinaires comme, par exemple, ceux affiliés au genre Rhizoctonia pourront également être considérés ultérieurement.

Au-delà des modèles de bioagresseurs, il convient également de se poser la question des ressources microbiennes susceptibles d’être ciblées pour aboutir à la sélection de microorganismes présentant les caractéristiques fonctionnelles attendues. Si mes travaux ont porté majoritairement jusqu’alors sur la composante rhizosphérique du microbiote de la plante et ont abouti notamment à la caractérisation de 2 souches biofertilisantes, d’autres composantes de ce microbiote peuvent être pertinentes à explorer. Il s’agit des communautés microbiennes se développant dans les tissus internes de la plante et constituant la composante endophyte du microbiote (Gaiero et al., 2013). Au niveau du compartiment racinaire, le microbiote endophyte présente une structure taxonomique distincte de celle du microbiote rhizosphérique, la plante « filtrant » les microorganismes susceptibles de coloniser racines (Bulgarelli et al., 2012 ; Bulgarelli et al., 2013 ; Lundberg et al., 2012). Les microorganismes ayant pénétrés dans les racines peuvent ensuite, et au moins pour certains d’entre eux, coloniser l’ensemble des organes de la plante de manière systémique (Compant et al., 2010). Comme cela a été

Figure 14. Axes de recherche du volet 2

3.2.2 .1 Impact de la rhizodéposition sur la structure et

l’activ ité des c om m unautés m icr o bie nnes du so l… Le cas des m ucil ages .

Contributeurs : C. Nguyen (DR INRA), E. Benizri (Pr. U. Lorraine), S. Piutti (MC U. Lorraine), L. Philippot (DR INRA), F. Martin-Laurent (DR INRA), D. Chèneby (IR INRA), S. Hallet (TR INRA), JC Germon (DR INRA), C. Robin (DR INRA), E. Mounier (DEA), Y. Gruet (DEA).

Lors de mon recrutement au sein du LAE, il avait déjà été bien décrit que les communautés microbiennes rhizosphériques se différenciaient des communautés microbiennes d’un sol non rhizosphérique, tant d’un point de vue de leur taille que de leur structure (Kuske et al., 2002 ; Schmalenberger et Tebbe, 2003). Ces travaux bénéficiaient notamment du développement récent d’outils de biologie moléculaire qui permettaient d’analyser, après extraction de l’ADN du sol, l’abondance et la diversité des communautés microbiennes totales en s’affranchissant de la non cultivabilité de certains microorganismes du sol. Les travaux portant sur la caractérisation des communautés microbiennes rhizosphériques et sur l’étude de la rhizodéposition comme déterminant des interactions entre plantes et communautés microbiennes, constituaient alors l’une des thématiques émergentes du LAE (Baudoin et al., 2001, 2002, 2003). Certains de ces travaux avaient notamment conduit à suggérer que les rhizodépôts, selon leur nature, pouvaient influencer différentiellement les communautés microbiennes rhizosphériques (Baudoin et al., 2001, 2002). Les rhizodépôts, qui représentent selon les estimations environ 11% du C net fixé, sont en effet constitués de composés organiques de natures chimiques variées, libérés de manière passive ou active par les racines (Dennis et al., 2010 ; Nguyen, 2003, figure 15).

4.3 Quelles stratégies pour caractériser les microorganismes