Réponses développementales des racines aux carences nutritives et aux conditions biotiques chez le blé ˸ identification de bactéries bénéfiques à partir de sol rhizosphérique de blé et nouvelles procédures de phénotypage du développement des racines et des poils absorbants

Root developmental responses to nutrient shortage and biotic conditions in wheat˸ identification of beneficial bacteria from wheat rhizosphere and new procedures for phenotyping root and root hair development

• Auteur / Autrice : Thanyakorn Rongsawat
• Direction : Hervé Sentenac, Jean-Benoît Peltier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative, Diversité et Amélioration des Plantes
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Brunel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Sentenac, Jean-Benoît Peltier, Brigitte Brunel, Jean-Marc Allain, Jean-Marie Frachisse, Maïté Vicré-Gibouin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Allain, Jean-Marie Frachisse

Mots clés

Mots clés libres

Blé

Pgpr

Poil absorbant

Racine

Nutrition minérale

Wheat

Pgpr

Root hair

Root

Mineral nutrition

Résumé

La réduction de la fertilisation chimique et de ses coûts écologiques est l'un des défis majeurs de l'agriculture. Au niveau fondamental, il est donc important d'acquérir des connaissances sur le développement racinaire et les fonctions physiologiques qui contribuent à la nutrition minérale des plantes, y compris les interactions avec les microbes bénéfiques du sol qui améliorent directement ou indirectement l'acquisition d'ions nutritifs. À la surface des racines, les poils absorbants sont au carrefour de la nutrition minérale de la plante et de ses interactions avec les microbes bénéfiques du sol. Nous montrons que des membres d'une collection de 16 souches bactériennes que nous avons isolées à partir de la rhizosphère de plantes de blé, comprenant des espèces appartenant aux genres Achromobacter, Stenotrophomonas, Rhizobium, Paraburkholderia et Klebsiella, diffèrent par leur capacité à solubiliser des sources peu solubles de phosphate et de potassium, leurs effets sur l'acquisition des ions nutritifs, l'efficacité d'utilisation de l'azote, la croissance racinaire et le développement des poils absorbants, et finalement leur capacité à promouvoir la croissance du blé. De nouvelles méthodologies de phénotypage ont été développées, impliquant des dispositifs de croissance originaux et des programmes d'analyse d'images in silico, afin de décrire avec des paramètres quantitatifs le développement des racines et des poils absorbants en réponse aux conditions abiotiques et biotiques. Une première série d'expériences montre des réponses distinctes, en termes de croissance des racines et de développement des poils absorbants, à la faible disponibilité de phosphate ou d'azote et à l'inoculation d'une souche de Bradyrhizobium japonicum chez des plants de blé âgés de 2 semaines (Triticum turgidum L. spp. durum cv. Oued Zenati).

Reducing chemical fertilization and its ecological costs is one of the major challenges in agriculture. Knowledge has thus to be gained about root development and physiological functions contributing to plant mineral nutrition. This includes interactions with beneficial soil microbes directly or indirectly improving nutrient ion acquisition. At the root surface, root hairs are at the crossroad of plant nutrition and interactions with beneficial soil microbes. Members from a collection of 16 bacterial strains that we have isolated from wheat rhizospheric soils, comprising species belonging to the genera Achromobacter, Stenotrophomonas, Rhizobium, Paraburkholderia and Klebsiella, are shown to differ with respect to their ability to solubilize poorly soluble sources of phosphate and potassium, their effects on nutrient ion acquisition and nitrate use efficiency, their impact on root development and root hair elongation, and finally their capacity to promote wheat growth. New phenotyping methodologies have been developed, involving original growth devices and in silico image analysis programs, in order to describe with quantitative parameters root and root hair development in response to abiotic and biotic conditions. A first set of experiment shows distinctive responses, in terms of root growth and root hair development, to low availability of phosphate or nitrogen and to inoculation with a Bradyrhizobium japonicum strain in 2 week old wheat seedlings (Triticum turgidum L. spp. durum cv. Oued Zenati).