Élaboration d'une procédure innovante dans l'obtention de biofertilisants microbiens endophytiques performants

Development of an innovative procedure for obtaining efficient endophytic microbial biofertilizers

• Auteur / Autrice : Bouchra Nasslahsen
• Direction : Robin Duponnois, Abdelaziz Smouni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie des communautés
• Date : Soutenance le 20/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Université Mohammed V (Rabat)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robin Duponnois, Abdelaziz Smouni, Marc Buée, Sévastianos Roussos, Fahr Mouna, Jamal Aurag
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Buée, Sévastianos Roussos, Fahr Mouna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes

Endophytes

Biofertilisants

Mots clés libres

Biofertilisants

Endophytes

Micro-organismes

Endophytes de graines

Bactérie de graines

Biofertilizers

Endophytic

Microorganism

Seed endophytes

Seed bacteria

Résumé

Tenant compte des limites de l'agriculture intensive à savoir : (i) la pollution, (ii) la dégradation de la biodiversité, (iii) la dégradation des sols et (iv) la désertification, et dans le cadre de la transition agroécologique il est nécessaire de mettre en place des alternatives durables afin de répondre à la demande agricole. Parmi ces alternatives durables se distingue l'utilisation d'agents microbiens biostimulants offrant ainsi une alternative durable aux intrants chimiques.De façon naturelle, les plantes sélectionnent certaines composantes bactériennes pour certaines de leurs propriétés fonctionnelles notamment celles étant relatives à la facilitation de leur développement et de leur état phytosanitaire. Ce partenariat plante-microorganisme forme alors un système écologique dénommé holonbionte issu d'un processus de co-évolution bénéfique pour les deux partenaires du système et où le partenaire « plante » alimente le microbiome rhizosphérique par une libération de métabolites (Ex : exsudats racinaires, rhizodéposition, etc) qui va sélectionner certaines composantes microbiennes pour certaines de leurs propriétés fonctionnelles susceptible de faciliter le développement du végétal et d'améliorer son état phytosanitaire. Le microbiote de par sa diversité fonctionnelle représente une composante majeure pour les plantes, et inversement.Dans le cadre de notre étude, et en se basant sur l'hypothèse que les bactéries endophytes de graines, évoluant dans ce compartiment végétal se différencient 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 la transmission verticale, des souches microbiennes d'intérêt susceptibles d'améliorer la croissance des plantes en conditions agricoles ont été isolées.Dans un premier temps, l'isolement de souches bactériennes endophytes a été effectué partir de graines de blé appartenant à des variétés ancestrales, ensuite une caractérisation de la diversité fonctionnelle et une identification des bactéries sélectionnées s'en ai suivi . L'efficacité de nos souches sélectionnées a été testée dans un premier temps in vitro et à travers des tests in planta dans un second temps. L'impact de l'inoculation bactérienne à également été testé sur la diversité fonctionnelle du sol en étudiant les activités enzymatiques du sol, la respiration induite par le substrat MicroResp™ ainsi que la mycorhization spontanée.Les résultats obtenus montrent que toutes les bactéries isolées présentent des caractères d'intérêt agronomique (Figure 1) . Les résultats des essais in vivo montrent une simulation de la croissance des plantes liée à l'inoculation par nos souches isolées à partir de graines de variétés ancestrale de blé. Cette inoculation bactérienne agit également positivement sur le biofonctionnement du sol.Selon les résultats obtenus lors de ces travaux de thèses, cette approche intégrative et inédite serait prometteuse pour concilier productivité et préservation des agroécosystèmes. En effet leur insertion dans des itinéraires culturaux innovants a le potentiel d'optimiser durablement le rendement des cultures ainsi qu'exercer un effet positif sur le sol.Les bactéries isolés à partir de graines de variétés ancestrales de blé présentent un potentiel de biofertilisant dont l'application ne semble pas impacter négativement l'agroécosystème.

Taking into account the limits of intensive agriculture, namely: (i) pollution, (ii) the degradation of biodiversity, (iii) soil degradation and (iv) desertification, and within the framework of the agroecological transition, it is necessary to put in place sustainable alternatives in order to meet agricultural demand. Among these sustainable alternatives, the use of biostimulating microbial agents stands out, thus offering a sustainable alternative to chemical inputs.Naturally, plants select certain bacterial components for some of their functional properties, in particular those relating to the facilitation of their development and their phytosanitary state. This plant-microorganism partnership then forms an ecological system called holonbiont resulting from a beneficial co-evolution process for both partners of the system and where the "plant" partner feeds the rhizospheric microbiome by releasing metabolites (Ex: root exudates, rhizodeposition, etc.) which will select certain microbial components for some of their functional properties likely to facilitate the development of the plant and improve its phytosanitary state. The microbiota, due to its functional diversity, represents a major component for plants, and vice versa.Within the framework of our study, and based on the hypothesis that seed endophyte bacteria evolving in this plant compartment are differentiated from bacteria in other compartments by specific features of agronomic interest such as resistance, competitive advantage , privileged interactions with the target plant or vertical transmission, microbial strains of interest likely to improve plant growth under agricultural conditions have been isolated.Initially, the isolation of endophytic bacterial strains was carried out from wheat seeds belonging to ancestral varieties, then a characterization of the functional diversity and an identification of the selected bacteria followed. The effectiveness of our selected strains was tested first in vitro and then through in planta tests. The impact of bacterial inoculation was also tested on the functional diversity of the soil by studying the enzymatic activities of the soil, the respiration induced by the substrate MicroResp™ as well as the spontaneous mycorrhization.The results obtained show that all the isolated bacteria exhibit characteristics of agronomic interest . The results of the in vivo tests show a simulation of the growth of the plants linked to the inoculation by our strains isolated from seeds of ancestral varieties of wheat. This bacterial inoculation also acts positively on the biofunctioning of the soil.According to the results obtained during this thesis work, this integrative and novel approach would be promising for reconciling productivity and the preservation of agroecosystems. Indeed, their insertion in innovative cropping itineraries has the potential to sustainably optimize crop yields as well as exert a positive effect on the soil. The bacteria isolated from seeds of ancestral varieties of wheat have a biofertilizer potential whose application does not seem to negatively impact the agroecosystem.