Réponses phénotypiques et moléculaires du riz au cours d’interactions avec des microorganismes du sol

Phenotypic and molecular responses of rice during symbiotic interactions with soil microorganisms

• Auteur / Autrice : Ludivine Guigard
• Direction : Lionel Moulin, Pierre Czernic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adaptation des plantes
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plant Health Institute (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Lefèbvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Prigent-Combaret, Maryline Magnin-Robert
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alia Dellagi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Santé

Phénotype

Phénétique

Riz

Microflore

Lutte biologique contre

Mots clés libres

Santé de la plante

Interactions plante-Microorganismes

RNAseq

Biocontrôle

Microbiote

Riz

Plant health

Plant microorganisms interactions

Biocontrol

Microbiota

RNAseq

Oryza sativa

Résumé

La transition de l'utilisation conventionnelle d'engrais chimiques et de pesticides vers des pratiques agricoles biologiques durables est une préoccupation majeure, en agronomie. Cette transition nécessite l'étude du microbiote associé aux racines des cultures, car il détient la clé de la formulation de stratégies efficaces d'inoculation biologique. Le microbiote racinaire, qui comprend une diversité de microorganismes, joue un rôle crucial dans le cycle des nutriments du sol, le développement des racines et de la plante entière, et la médiation de la pression des pathogènes. Parmi ces microorganismes bénéfiques, les bactéries favorisant la croissance des plantes (PGPB) et les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) sont particulièrement intéressants, mais leur efficacité en champ dépend des conditions du sol et des espèces végétales inoculées. Ma thèse se concentre sur le riz, qui revêt une importance économique particulière en Asie de l'Est et du Sud. Sa production, principalement dans des champs inondés, consomme une part importante des ressources mondiales en eau douce et contribue aux émissions de gaz à effet de serre. La transition vers des méthodes d'irrigation économes en eau est une alternative satisfaisante, permettant l'utilisation de bioinoculants contenant des PGPB et des AMF, mais elle modifiera de manière significative les interactions entre le riz et les microorganismes naturellement présents.Les formulations actuelles de bioinoculants manquent de résilience et de spécificité, ce qui souligne la nécessité d'identifier et de tester des candidats naturellement issus de champs de culture. Les études de co-inoculation avec des PGPB et des AMF montrent différents effets sur la croissance des plantes, allant de la synergie à l'antagonisme. Il est essentiel de comprendre les mécanismes sous-jacents de ces interactions pour prédire avec précision les phénotypes des plantes. La perception par les plantes de la diversité microbienne du sol implique des dialogues moléculaires définis entre les deux partenaires. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent la discrimination des plantes entre les micro-organismes bénéfiques et pathogènes et l'activation des voies symbiotiques ou immunitaires ne sont pas encore clairs. Il est important de définir les facteurs qui conduisent au mutualisme ou au parasitisme dans une variété d'interactions riz-microbe, car ils déterminent l'établissement d'associations symbiotiques. Des études approfondies des interactions entre le riz et différentes espèces bactériennes et fongiques découvriront les réseaux moléculaires impliqués pour obtenir des informations sur les interactions entre le riz et les microbes.Ce travail étudie les réponses phénotypiques et moléculaires du riz au cours d’interactions avec les microorganismes du sol. Plusieurs espèces de PGPR et d'AMF, basées sur une littérature récente revendiquant leurs bénéfices pour la santé du riz, ont été étudiées. Ce travail vise à découvrir les réponses communes et spécifiques du riz aux microorganismes bénéfiques, d'origine bactérienne ou fongique, afin d'établir des liens entre l'amélioration de la croissance, la tolérance aux stress biotiques et la régulation transcriptionnelle des voies physiologiques.

The agronomic transition from conventional chemical fertiliser and pesticide use to sustainable organic farming practices is a pressing concern, especially as global feed demand continues to rise. This transition requires the study of the plant microbiota associated with crop roots, as it holds the key to formulating effective organic inoculation strategies such as bioinoculants. The plant microbiota, comprising a diversity of microorganisms residing in plant organs, plays a crucial role in soil nutrient cycling, root and whole plant development, and mediation of pathogen pressure. Among these beneficial microbes, plant growth promoting bacteria (PGPB) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are of particular interest, but their effectiveness in the field depends on soil conditions and plant genetics. This work focuses on rice as a model crop, which is of particular economic importance in East and South Asia. Rice production, predominantly in flooded fields, consumes a significant proportion of the world's freshwater resources and contributes to greenhouse gas emissions. The transition to water-efficient irrigation methods is a satisfactory alternative, allowing the use of bioinoculants containing PGPB and AMF, but it will significantly alter the interactions between rice and naturally occurring microbes.Current bioinoculant formulations often lack resilience and adaptation to specific environments, highlighting the need to identify and test naturally occurring microbiota candidates in crop fields. Co-inoculation studies with PGPB and AMF show different effects on plant growth, ranging from synergistic to antagonistic. Understanding the underlying mechanisms of these interactions is crucial to accurately predict plant phenotypes. Plant perception of soil-dwelling microbial diversity involves defined molecular dialogues between the two partners. However, the mechanisms underlying plant discrimination between beneficial and pathogenic microorganisms and the subsequent activation of symbiotic or immune pathways remain unclear. It is important to define the drivers that lead to mutualism or parasitism in a variety of rice-microbe interactions, as they drive the establishment of symbiotic associations. Comprehensive studies of rice interactions with different bacterial and fungal species are essential to unravel the molecular networks involved and gain insights into rice-microbe interactions.This work investigates the phenotypic and molecular responses of rice during interactions with soil microorganisms, both individually and in co-inoculation scenarios. Several PGPR and AMF species, based on recent literature claiming their benefits for rice health were investigated. This work aims to uncover common and specific rice responses to beneficial microorganisms, of bacterial or fungal origin, to establish links between improved growth, biotic stress tolerance and transcriptional regulation of physiological pathways.