Lutte biologique par utilisation de l’oomycète Pythium oligandrum : colonisation de la rhizosphère et influence sur la dynamique des populations microbiennes

Biological control by the use of the oomycete Pythium oligandrum : rhizosphere colonization and influence on the microbial populations dynamics

• Auteur / Autrice : Jessica Vallance
• Direction : Patrice Rey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux maladies

Tomate

Oomycètes

Rhizosphère

Cultures hydroponiques

Mots clés libres

Cultures hors-sol

Écologie microbienne dirigée

Empreintes moléculaires

Interactions microbiennes

Microflore fongique

PCR quantitative

Tomate

Résumé

Une des principales limites de la lutte biologique réside dans la variabilité des résultats expérimentaux souvent imputée à la non-persistance des micro-organismes introduits sur les végétaux. Dans le cadre de cette thèse, Pythiurn oligandrum, un oomycète connu pour ses propriétés d’agent antagoniste et d’inducteur de résistance chez les plantes, a été utilisé. L’objectif principal a été d’étudier la colonisation et la persistance de P. Oligandrum après son introduction au niveau du système racinaire de plants de tomate en culture hors-sol, et d’apprécier son incidence sur les communautés microbiennes de la rhizosphère et des effluents de serre. Trois souches de P. Oligandrum ont d’abord été sélectionnées pour leur production d’oospores (structure de résistance) ainsi que de molécules ayant des effets positifs sur la croissance (une auxine : la tryptamine) et la résistance des plantes (un éliciteur : l’oligandrine). La colonisation des racines et des solutions circulantes par P. Oligandrum et Pythium dissotocum, un agent pathogène mineur très fréquent en hors-sol, a été estimée par méthodes culturales et moléculaires. L’antagoniste a persisté à des taux élevés tout au long de la saison culturale (avril à septembre), la rhizosphère des plantes ayant été colonisée à 90% par la souche produisant le moins d’oospores (détermination par Inter Simple Sequence Repeat). Malgré son abondance au niveau racinaire, peu ou pas de P. Oligandrum a été détecté dans les différents effluents de la serre. P. Dissotocum a, quant à lui, colonisé les racines et les effluents de drainage pendant les mois d’été. Un léger effet retard et une moindre colonisation au niveau des racines colonisées par l’antagoniste ont été mis en évidence. L’analyse des communautés microbiennes (fongiques et bactériennes) racinaires et circulantes par SSCP (Single-Strand Conformational Polymorphism) a révélé que ces communautés avaient subi des changements structurels importants au cours de la saison culturale. Ces évolutions temporelles sont intervenues indépendamment de l’inoculation et de la persistance de l’agent antagoniste P. Oligandrum. Des archées ont également été détectées durant toute la saison culturale dans les effluents mais uniquement aux mois de septembre et octobre au niveau des racines. Dans ce cas aussi, l’inoculation par P. Oligandrum ne semble pas avoir engendré d’effet sur ces communautés. Les résultats décrits précédemment reposent sur l’extraction et l’amplification d’ADN. Un des inconvénients de cette stratégie est qu’elle ne permet pas d’étudier les communautés microbiennes d’un point de vue fonctionnel. Afin d’évaluer et de comparer la diversité structurelle et fonctionnelle des populations fongiques rhizosphériques, ADN et ARN ont été extraits puis analysés par SSCP en fonction de trois cibles génétiques différentes: la région ITS1, l’ARNr 28S, la grande sous-unité de l’ARNr mitochondrial. Les informations générées par l’analyse de ces trois marqueurs génétiques sont relativement différentes, confirmant ainsi l’intérêt d’utiliser des amorces ciblant des régions de l’ADN très différentes pour obtenir une vision plus exhaustive de la microflore fongique

Biocontrol efficacy is mainly limited by the variability of the rhizosphere competence of the inoculated microorganisms. This doctoral thesis focused on Pythium oligandrum, an oomycete acknowledged as an antagonistic organism able to protect plants from pathogenic attacks. The aim of this work was to study the colonisation and the persistence of P. Oligandrum after its introduction in the root system of tomato plants grown in soilless culture; and to assess its impact on microbial communities colonizing the rhizosphere and the greenhouse effluents. Three strains of P. Oligandrum were selected on the basis of their ability to produce oospores (resting structures) and production of tryptamine (an auxin like compound) and of oligandrin (a glycoprotein elicitor). Real-time PCR and plate counting demonstrated the persistence of large amounts of the antagonistic oomycete in the rhizosphere throughout the cropping season (April to September). Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) analysis showed that, among the three strains inoculated, the one producing the lowest amount of oospores was detected at 90%. Despite its abundance on roots, no traces of P. Oligandrum were detected in the different effluents of the soilless greenhouse. P. Clissotocum (ubiquitous tomato root minor pathogen) colonized the rhizosphere and the effluents only in summer. There was a reduction of P. Dissotocum populations in inoculated root systems. Single-Strand Conformational Polymorphism (SSCP) analysis revealed that the genetic structure of microbial communities (fungi and bacteria) colonizing the rhizosphere and the effluents, evolved throughout the cropping season. This temporal evolution was independent from the inoculation and the persistence of the antagonist P. Oligandrum. Effluents were also colonized by Archaeabacteria but roots, only during the last two months of culture. These populations grew independently from P. Oligandrum. Results previously described, rely on DNA extraction and amplification. This strategy suffers from the inability to investigate active microbial communities. DNA and RNA data obtained by SSCP analysis of three different genetic regions (ITS1, rRNA 28S, mitochondrial RNA large subunit) highlighted the interest of using different primers for having an exhaustive view of the fungal microflora.