Caractérisation des bactéries du sol forestier isolées au niveau des microhabitats et de leurs interactions avec le peuplier

Characterization of forest soil bacteria isolated at the microhabitat level and of their interactions with Poplar

• Auteur / Autrice : Milena Gonzalo
• Direction : Bertrand Aigle, Aurélie Deveau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des génomes et adaptation microbienne (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Alain Sarniguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Aigle, Aurélie Deveau, Mika Tarkka, Pilar Junier, Aurélie Cébron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mika Tarkka, Pilar Junier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peupliers

Facteurs biotiques

Microorganismes

Écologie bactérienne

Écologie des forêts

Sols -- Microbiologie

Mots clés libres

Fonctions microbiennes du sol

Interactions bactériennes

Dialogues moléculaires

Peuplier

Soil microbial functions

Bacterial interactions

Molecular dialogues

Poplar

Résumé

Les micro-organismes du sol jouent un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes forestiers notamment par le biais de leurs actions dans les sols tels que la décomposition de la matière organique, le cycle des éléments nutritifs et la promotion de la croissance des plantes. Les bactéries et les champignons forment sous terre des réseaux d’interactions complexes ainsi qu’avec les racines des plantes qu’ils aident pour prélever de l'eau, des nutriments ou encore pour contrecarrer l’action de pathogènes. Au cours de ces interactions se produisent des échanges de molécules signal et de métabolites qui modifient l'environnement local et peuvent affecter la présence et/ou la croissance des autres microorganismes qui partagent le même habitat. Ces altérations sont des processus clés dans la structuration des communautés microbiennes du sol et ont un impact sur le développement des plantes. Dans le sol, les facteurs abiotiques et biotiques tels que le pH, la matière organique et la végétation ont été largement étudiés pour comprendre leurs rôles dans la structuration des communautés microbiennes. En revanche, le rôle joué par les interactions biotiques, et notamment entre microorganismes, reste méconnu. Peu de choses sont connues quant aux molécules produites au cours des interactions bactériennes et leur impact sur la structure des communautés microbiennes ainsi que sur la santé et la croissance des plantes. Pour mieux comprendre l'impact de ces interactions, nous nous sommes focalisés sur les bactéries qui partagent un même habitat et sont donc soumises aux mêmes conditions abiotiques et biotiques et dans lequel elles interagissent très probablement. Pour ce faire, nous avons isolé des bactéries de différents grains de sol, décrit leurs capacités fonctionnelles, évalué les comportements des unes par rapport aux autres et leur impact sur la croissance du peuplier. Nous avons montré que les bactéries d'un même grain de sol se caractérisaient par une grande diversité fonctionnelle et que peu de bactéries interagissaient les unes avec les autres. La plupart des interactions étaient inhibitrices et peu d’entre elles étaient de forte intensité. De plus, la plupart des bactéries induisaient une modification de l'architecture racinaire du peuplier. Enfin, fait intéressant, une des souches de Streptomyces isolée bloquait la croissance du système racinaire et y causait des nécroses.

Soil borne microbes are vital contributors to forest ecosystems through soil services such as organic matter decomposition, nutrient cycling and sustaining plant growth. Bacteria and fungi form complex networks of interactions belowground interconnected with roots and assisting plants with water, nutrients, and some can help overcome pathogenic damages. During these biotic interactions, there is an exchange of signal molecules and metabolites that modify the local environment and can affect the presence and growth of surrounding microbial neighbours. These alterations are key processes in the structuration of soil microbial communities and plant development. In soil, abiotic and biotic factors such as pH, organic matter and vegetation have been extensively studied to govern microbial communities’ structure. However, some important biotic interactions are still poorly described. Especially molecules produced during bacterial interactions that affect microbial communities’ structure and plant health and growth are still underexplored. To obtain insights of the impact of these interactions, we focused on bacteria that share a habitat with the same abiotic and biotic conditions and that are likely interacting. In order to reach this goal, we isolated bacteria from different grains of soil, described their functional abilities, evaluated the behaviours against each other and their impact on the growth of Populus. In this study, bacteria from a grain of soil had a high functional diversity where few bacteria were interacting. Most interactions were antagonistic and few were strong inhibitions. Moreover, most bacteria altered the root architecture of Populus, and interestingly one Streptomyces strain was able to cause necrosis in the root system.