Déterminisme de la diversité bactérienne rhizosphérique des hyperaccumulateurs de nickel

Determinism of the bacterial rhizosphere diversity of nickel hyperaccumulators

• Auteur / Autrice : Séverine Lopez
• Direction : Emile Benizri, Jean-Louis Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire sols et environnement (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Corinne Leyval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvan Moënne-Loccoz, Thierry Lebeau, Isabelle Laffont-Schwob
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Moënne-Loccoz, Thierry Lebeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallophytes

Rhizosphère

Bioaccumulation

Nickel

Écologie des sols

Diversité microbienne

Mots clés libres

Odontarrhena chalcidica

Sols ultramafiques

Agromine

PGPR

Séquençage Illumina

Tax4Fun

Odontarrhena chalcidica

Ultramafic soils

Agromining

PGPR

Illumina sequencing

Tax4Fun

Résumé

La connaissance de la diversité microbienne des milieux ultramafiques est essentielle pour établir le fonctionnement écologique de ces milieux, qui présentent de fortes teneurs en Ni et sont caractérisés par une flore particulière, e.g. plantes hyperaccumulatrices de Ni. La rhizosphère des hyperaccumulateurs comporte une forte proportion de bactéries résistantes au Ni, qui peuvent aussi agir sur la nutrition des plantes et sur les propriétés physico-chimiques du sol. Le premier défi de cette thèse a été de cerner le déterminisme de la diversité bactérienne de la rhizosphère d’hyperaccumulateurs de Ni. Le second a été de tester l'intérêt de souches PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) pour optimiser l'agromine à partir d'interactions entre les rhizobactéries et les hyperaccumulateurs de Ni. La démarche s'est appuyée sur un ensemble de prospections dans deux régions climatiques et sur des analyses de séquençage haut débit. Des tests de cultures de plantes hyperaccumulatrices inoculées ont également été conduits. Les résultats montrent que le déterminisme de la diversité bactérienne est variable selon l'échelle spatiale. A l'échelle mondiale, le type de végétation est le facteur majeur structurant les communautés bactériennes, elle-même contrôlée indirectement par le climat. L’influence directe du climat (température et humidité) sur la diversité est significative mais moindre. A l'échelle d'une région climatique, la physico-chimie des sols ultramafiques structure et détermine la diversité des communautés bactériennes rhizosphériques. Enfin, l'inoculation de souches PGPR fortement bioaccumulatrices de Ni modifie la dynamique du Ni dans le sol, ce qui démontre qu'il existe une compétition pour le Ni entre la plante et la bactérie inoculée. En conclusion, le déterminisme de la diversité des communautés bactériennes rhizosphériques est dépendant de l'échelle spatiale considérée. En outre, le choix de la souche PGPR à inoculer, dans un contexte d'amélioration de l'agromine du Ni, est primordial.

Knowledge of the microbial diversity in ultramafic areas is essential to establish the ecological functioning of these environments, which display high level of Ni and are characterized by the presence of particular plants, e.g. Ni hyperaccumulators. The rhizosphere of these plants promotes a high proportion of Ni resistant bacteria that can act on plant nutrition and soil physicochemical properties. The first challenge of this thesis was to understand the bacterial rhizosphere diversity of Ni hyperaccumulators. The second was to test the interest of PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) strains in order to improve agromining based on rhizobacteria and Ni hyperaccumulators interactions. The approach was based on two-contrasted climatic areas prospection and on high-throughput sequencing analyzes. Tests on culture of hyperaccumulator plants inoculated were also conducted. The results show that the determinism of this bacterial diversity is variable according to the spatial scale. On a global scale, the vegetation type, indirectly influenced by the climate, is the major factor structuring bacterial communities. The direct influence of the climate (temperature and humidity) on bacterial diversity is significant but lower. At the scale of a climatic region, the physic-chemistry of ultramafic soils structures and determines the rhizosphere bacterial community diversity. Finally, the inoculation of highly Ni bioaccumulative PGPR strains modifies the Ni dynamic in the soil, demonstrating that there is a competition for this metal between the inoculated bacteria and the hyperaccumulator plant. In conclusion, the rhizosphere bacterial community diversity is dependent on the considered spatial scale. Furthermore, these results emphasize how the choice of the PGPR strain to inoculate is important in order to improve Ni agromining.