Conception d’itinéraires culturaux innovants valorisant les ressources microbiennes du sol pour optimiser durablement le rendement de la culture de la tomate

Design of innovative crop routes promoting soil microbial resources to sustainably optimize the yield of tomato cultivation

• Auteur / Autrice : Maïwenn L'Hoir
• Direction : Robin Duponnois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 15/09/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Alain Hartmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robin Duponnois, Alain Hartmann, Claire Prigent-Combaret, Sylvie Mazurier, Lionel Ranjard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Prigent-Combaret, Sylvie Mazurier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie agricole

Rendements

Tomates

Biofertilisants

Endophytes

Mots clés libres

Endophyte

Itinéraires techniques

Sol

Tomate

Biocatalyseur

Bactérie

Endophyte

Cultural routes

Soil

Tomato

Biocatalyzer

Bacteria

Résumé

Dans un contexte de transition agroécologique, le recours aux biofertilisants microbiens fait figure d’alternative durable aux intrants chimiques. Toutefois, ce dernier est limité en raison de son manque d’efficacité et de fiabilité. Il se dégage alors la nécessité de concevoir des itinéraires culturaux innovants permettant de le rendre efficace. Dans le cadre de la thèse, des souches microbiennes d’intérêt susceptibles de pallier les leviers liés au manque d’efficacité de l’inoculation en situation agricole ont été isolées. Cette sélection se base sur la combinaison de deux approches : (i) l’approche « Back to The Future » se basant sur l’hypothèse que les variétés non affectées par la domestication et l’intensification de l’agriculture disposent d’un microbiome d’intérêt agronomique utilisable en tant que ressource de biodiversité microbienne ; (ii) l’approche des bactéries endophytes de graines reposant sur l’hypothèse que les bactéries évoluant dans ce compartiment végétal se distinguent des bactéries des autres compartiments par des spécificités d’intérêt agronomique telles que la résistance, l’avantage compétitif, les interactions privilégiées avec la plante cible ou encore la transmission verticale. Le modèle biologique d’étude choisi dans le cadre de la thèse est l’espèce Solanum lycopersicum. En effet, la tomate est l’une des cultures les plus consommées au monde et est particulièrement gourmande en intrants.L’isolement des souches de bactéries endophytes de graines de tomate de variétés anciennes a été suivi par une caractérisation de la diversité fonctionnelle et d’une identification des bactéries candidates. Par la suite, l’efficacité des souches retenues a été testée in planta. Enfin, l'impact de l'inoculation bactérienne sur la diversité fonctionnelle du sol été évalué par trois études conjointes portant sur les activités enzymatiques du sol, la microrespiration induite du sol et sur la mycorhization.Il a été trouvé que l’ensemble des bactéries isolées présente des traits d’intérêt agronomique. Les résultats des essais in planta montrent une promotion de croissance végétale précoce liée à l’inoculation de certaines souches de la collection. Concernant les études relatives à l’impact de l’inoculation sur le biofonctionnement du sol, il a été trouvé que l’inoculation entraîne une absence d’effet statistiquement significatif sur la majorité des activités enzymatiques du sol testées, traduisant une certaine innocuité de l’inoculation. L’inoculation de la majorité des souches exerce soit un effet neutre soit un effet positif sur la microrespiration induite du sol, confirmant l’absence d’altération de la diversité fonctionnelle tellurique consécutivement à l’inoculation. Lors de cette étude de microrespiration induite, certaines souches se sont démarquées pour leur potentiel à augmenter les valeurs de respiration induite. Les bactéries issues de la sélection présentent toutes un potentiel d’auxiliaire de mycorhization. Ainsi, le potentiel rôle de certaines bactéries de la collection comme écocatalyseurs a été mis en évidence.Les deux approches prises en considération dans le cadre de la thèse semblent de ce fait être effectives dans le cadre de la sélection de biofertilisants microbiens efficaces. Leur insertion au sein d’itinéraires culturaux innovants a le potentiel d’optimiser durablement le rendement de la culture de la tomate dans la mesure où leur innocuité et leur potentiel effet positif sur le sol a été mis en exergue.

In the context of agroecological transition, the use of microbial biofertilizers is a sustainable alternative to chemical inputs. However, the latter is limited due to its lack of efficiency and reliability. It is therefore necessary to design innovative cultural itineraries to make it effective. Within the framework of the thesis, microbial strains of interest likely to overcome the levers related to the lack of effectiveness of inoculation in agricultural situation were isolated. This recruitment is based on the combination of two approaches: (i) the ''Back to the Future'' approach based on the hypothesis that varieties not affected by domestication and agricultural intensification have a microbiome of agronomic interest that can be used as a microbial biodiversity resource; (ii) the approach of seed endophytic bacteria based on the hypothesis that bacteria evolving in this plant compartment are distinguished from bacteria of other compartments by specificities of agronomic interest such as resistance, competitive advantage, privileged interactions with the target plant or vertical transmission. The biological model of study chosen in the framework of the thesis is the species Solanum lycopersicum. Indeed, tomato is one of the most consumed crops in the world and is particularly greedy in inputs.The isolation of endophytic bacterial strains from tomato seeds of old varieties was followed by a characterization of the functional diversity and an identification of the candidate bacteria. Then, the efficiency of the selected strains was tested in planta. Finally, the impact of bacterial inoculation on soil functional diversity was evaluated by three joint studies on soil enzymatic activities, MicroResp™ substrate-induced respiration and mycorrhization.It was found that all the isolated bacteria show traits of agronomic interest. The results of the in planta trials show an early plant growth promotion related to the inoculation of some strains of the collection. Concerning the studies related to the impact of inoculation on soil biofunctioning, it was found that inoculation results in a statistically significant absence of effect on the majority of soil enzymatic activities tested, translating a certain safety of inoculation. Inoculation of the majority of strains exerted either a neutral or a positive effect on substrate-induced respiration, confirming the absence of alteration of telluric functional diversity following inoculation. In this MicroResp™ substrate-induced respiration, some strains stood out for their potential to increase induced respiration values. The bacteria resulting from the selection all show potential as mycorrhization aids. Thus, the potential role of some bacteria from the collection as ecocatalysts was highlighted.The two approaches considered in the framework of the thesis seem to be effective in the recruitment of efficient microbial biofertilizers. Their insertion in innovative cropping itineraries has the potential to optimize the yield of tomato crops in a sustainable way as their safety and their potential positive effect on the soil have been highlighted.