Analyse de la dynamique évolutive d’une communauté synthétique de souches phytobénéfiques de Pseudomonas lors de son interaction avec le maïs

Study of the evolutionary dynamics of plant beneficial bacteria

• Auteur / Autrice : Beatriz Manriquez
• Direction : Claire Prigent-Combaret, Daniel Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 14/01/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie Microbienne Lyon
• Jury : Président / Présidente : Laurence Fraissinet-Tachet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Prigent-Combaret, Daniel Muller, Rafael Rivilla, Alain Sarniguet, Alice Guidot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rafael Rivilla, Alain Sarniguet, Alice Guidot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes

Microflore

Plantes

Microorganismes

Mots clés libres

Evolution exerimentale

PGPR

Interactions microbiennes

Mutations

Communauté synthetique

Experimental evolution

PGPR

Microbial interactions

Mutations

Synthetic community

Résumé

Les plantes sont en association avec des communautés microbiennes qui influencent fortement leur développement et leur adaptation au milieu dans lequel elles évoluent. Au sein du microbiote des plantes, certaines bactéries, qualifiées de PGPR (pour Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), sont capables de stimuler la croissance de la plante et la protéger contre des maladies (Vacheron et al., 2013a). Elles sont en effet capables d’exprimer un ensemble de propriétés phytobénéfiques impliquées dans l’amélioration de la nutrition minérale de la plante (fixation d’azote, solubilisation du phosphate, production de sidérophores, etc), la modulation des balances hormonales végétales, la production de composés antimicrobiens et l’induction des réponses de défense de la plante (Lemanceau et al., 2017; Vacheron et al., 2013b). Bien que ces bactéries produisent une large diversité de fonctions bénéfiques aux plantes, leur inoculation ne conduit pas toujours à des effets bénéfiques significatifs sur l’hôte. En effet, les mécanismes favorisant l’établissement des PGPR dans la rhizosphère et l’expression de leurs propriétés sont encore largement méconnus. Pour mieux comprendre le fonctionnement des symbioses plantes-PGPR (que ce soit la colonisation des racines ou l'expression des fonctions phytobénéfiques), nous avons mis en place une approche d’évolution expérimentale. Dans la littérature, les travaux d’évolution expérimentale ont généralement été menés via l’inoculation d’un seul microorganisme sur une plante (Guan et al., 2013; Marchetti et al., 2017; Meaden et Koskella, 2017; Perrier et al., 2016). Or le fonctionnement des populations bactériennes dans la rhizosphère dépend de réseaux d’interactions qu’elles partagent avec d’autres populations microbiennes colonisant les racines des plantes (Karimi et al., 2017; Mas et al., 2016). Nous avons donc développé une approche d’évolution expérimentale avec une communauté synthétique composée de 10 souches de PGPR possédant un nombre élevé ou modéré de fonctions phytobénéfique, inoculées sur une plante d’intérêt agronomique, le maïs (axe 1), afin d'étudier la dynamique évolutive de notre assemblage de départ (modification des équilibres de populations) ainsi que les modifications génétiques subies au niveau des génomes (axe 2).

Plants are in association with microbial communities that strongly influence their development and their adaptation to the environment in which they evolve. Within the plant microbiota, certain bacteria, known as PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), are capable of stimulating plant growth and protecting the plant against diseases (Vacheron et al., 2013a). They are in fact capable of expressing a set of plant beneficial properties involved in the improvement of the plant's mineral nutrition (nitrogen fixation, phosphate solubilisation, production of siderophors, etc.), the modulation of plant hormonal balances, the production of antimicrobial compounds and the induction of plant defence responses (Lemanceau et al., 2017; Vacheron et al., 2013b). Although these bacteria produce a wide variety of beneficial plant functions, their inoculation does not always lead to significant beneficial effects on the host. Indeed, the mechanisms favouring the establishment of PGPRs in the rhizosphere and the expression of their properties are still largely unknown. In order to better understand the functioning of plant-PGPR symbioses (be it root colonisation or the expression of phytobeneficial functions), we have set up an experimental evolutionary approach. In the literature, experimental evolution studies have generally been carried out by inoculating a single microorganism into a plant (Guan et al., 2013; Marchetti et al., 2017; Meaden and Koskella, 2017; Perrier et al., 2016). However, the functioning of bacterial populations in the rhizosphere depends on networks of interactions that they share with other microbial populations colonising plant roots (Karimi et al., 2017; Mas et al., 2016). We have therefore developed an experimental evolutionary approach with a synthetic community composed of 10 PGPR strains with a high or moderate number of plant beneficial functions, inoculated on a plant of agronomic interest, maize (axis 1), in order to study the evolutionary dynamics of our initial assembly (modification of population balances) as well as the genetic modifications undergone at the level of the genomes (axis 2).