Influence de l'hôte et de phytovirus sur l'assemblage du microbiote du riz à l'échelle de deux agrosystèmes

Influence of host and phytovirus on rice microbiota assembly whithin two agrosystems

• Auteur / Autrice : Pascal Alonso
• Direction : Christian Verniere, Philippe Roumagnac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie - Bio-Informatique
• Date : Soutenance le 12/06/2020
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie et Génétique des interactions Plantes-parasites pour la Protection Intégrée/UMR BGPI Montpellier (Montpellier ; 1999-2020)
• Jury : Président / Présidente : Claire Neema
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Verniere, Philippe Roumagnac, Claire Neema, Alain Sarniguet, Wafa Achouak, Sébastien Massart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Sarniguet, Wafa Achouak

Mots clés

Mots clés libres

Microbiote

Holobionte

Diversité

Bactérie

Champignon

Virus

Microbiota

Holobiont

Diversity

Bacteria

Fungi

Virus

Résumé

Les communautés microbiennes (microbiote) des plantes sont de plus en plus prises en compte en santé des plantes car elles jouent un rôle actif dans la régulation des agents phytopathogènes. Toutefois, les processus d'assemblage du microbiote des plantes et des forces évolutives qui gouvernent ces processus restent loin d'être compris et maitrisés.Nous avons choisi d'aborder cette problématique en focalisant sur le modèle riz et en répondant aux objectifs suivants : (i) déterminer si la structure des communautés microbiennes associées au riz est influencée par le compartiment, le stade végétatif et le génotype de celui-ci et (ii) estimer si la structure des communautés bactériennes et fongiques est significativement modifiée par la présence/absence de phytovirus. Pour répondre à ces objectifs, nous avons caractérisé trois composantes majeures du microbiote des plantes, à savoir les virus, les bactéries et les champignons des racines et des tiges du riz dans deux agrosystèmes situés en Camargue (France) et dans les terrasses traditionnelles du Yuanyang (Chine). La caractérisation du virome du riz a mis en évidence la présence d'une épidémie virale dans l'agrosystème chinois, pourtant présenté comme étant peu soumis aux bioagresseurs des plantes. Le phytovirus détecté dans 8,9% des plants échantillonnés est le Southern rice black-streaked dwarf virus (SRBSDV). La même analyse réalisée en France révèle une prévalence importante (11.6%) d'un endornavirus persistant du riz (oryza sativa alphaendornavirus, OsEV) qui a été retrouvé au sein de plantes asymptomatiques. Nous montrons par ailleurs que l'infection du riz à ces deux virus est génotype-dépendant.La synthèse des résultats de caractérisation des communautés bactériennes et fongiques obtenus sur les deux sites d'étude met en lumière une dynamique dans le temps et dans l'espace de la structure des communautés microbiennes. Spécifiquement, nous montrons que (i) le type de tissu de la plante, aérien ou souterrain, interne ou externe, influence significativement la richesse et la composition des communautés microbiennes, (ii) le stade de développement du riz influence aussi significativement la composition des communautés microbiennes, (iii) le génotype du riz a en revanche un effet faible sur la structure des communautés microbiennes et enfin, (iv) la présence/absence des deux virus (SRBSDV et OsEV) ne modifie pas significativement la structure des communautés microbiennes du riz.Nous montrons donc que l'assemblage du microbiote du riz est pour une partie le résultat de l'effet de l'hôte par des facteurs déterministes (sélection), mais que probablement d'autres facteurs écologiques de nature déterministe, par exemple à travers les interactions microbes-microbes, et de nature stochastique y contribuent participant à la diversité de l'holobionte (l'hôte et son microbiote) du riz.Mots clés : Microbiote, holobionte, diversité, bactérie, champignon, virus, riz, génotype, métagénomique, communauté, interactions plante-microorganismes, dynamique

Influence of host and phytovirus on rice microbiota assembly whithin two agrosystemsThe microbial communities, or microbiota, associated with plants play an active role in plant health, i.e. they can regulate plant pathogens or promote plant growth. However, the assembly processes of the plant microbiota and the evolutionary forces that govern these processes remain far from being understood and controlled.We have chosen to tackle this problem by focusing on the rice as a plant model and addressing the following objectives: (i) determining whether the structure of the rice-associated microbial communities is shaped by the plant compartment, the plant growth stage and the plant genotype, and (ii) estimating whether the structure of the bacterial and fungal communities is significantly influenced by the presence/absence of plant viruses. To fulfil these objectives, we characterized three major components of the plant-associated microbiota, i.e. viruses, bacteria and fungi from the roots and stems of rice in two agrosystems located in Camargue (France) and in the Honghe Hani traditional rice terraces system (China).The characterization of the rice virome highlighted the presence of a plant viral outbreak in the Chinese agrosystem, though renowned for a limited impact of plant pathogens. The plant virus detected in 8.9% of the sampled plants was the Southern rice black-streaked dwarf virus (SRBSDV). A metagenomics-based approach was also carried out in France on asymptomatic plants and revealed a high prevalence (11.6%) of a persistent rice endornavirus (oryza sativa alphaendornavirus,OsEV). We show that both rice infections occurring in France and China were genotype-dependent.In addition, the characterization of bacterial and fungal communities' at the French and Chinese study sites overall highlighted a temporal and spatial dynamic of the structure of the microbial communities. Specifically, we show that (i) the type of plant tissue, aboveground or belowground, internal or external, significantly influenced the richness and the composition of the microbial communities, (ii) the development stage of rice also influenced the composition of its microbial communities, (iii) the rice genotype had a weak effect on the microbial community structures and finally, (iv) the presence/absence of both plant viruses (SRBSDV and OsEV) did not significantly modify the rice microbial community structures.We therefore showed that the assembly of the rice microbiota is partly the result of the effect of the host by deterministic factors (selection) but that probably other ecological factors with a deterministic nature, for example through microbe-microbe interactions, and stochastic nature, contribute to the rice microbiota assembly and further to the diversity of the rice holobiont (the host and its microbiota).Keywords: Microbiota, holobiont, diversity, bacteria, fungi, virus, rice, genotype, metagenomics, community, plant-microorganism interactions, dynamic