Identification et valorisation de microorganismes endophytes multifonctionnels pour développer de nouvelles biosolutions visant à améliorer la croissance et la tolérance du blé à différents agents pathogènes

Identification and valuation of multifunctional endophytic microorganisms to develop new biosolutions aimed at improving the growth and tolerance of wheat to different pathogens

• Auteur / Autrice : Omar Hafidi
• Direction : Sophie Slezack, Alain Hehn
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Inscription en doctorat le 15/09/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAE - Laboratoire Agronomie et environnement

Mots clés

Mots clés libres

Biosolution

Microorganisme endophytes

Blé

Biosolution

Wheat

Endophytic microorganisms

Résumé

Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, l'agriculture fait appel à l'utilisation de fertilisants ou de produits phytosanitaires pour améliorer la quantité et la qualité de sa production. Il est clairement reconnu que l'artificialisation des milieux qui en a résulté, a eu des impacts négatifs sur l'environnement et la santé. Il est maintenant important de réduire l'utilisation de ces intrants de synthèse mais en conservant une production agricole forte de manière à assurer la sécurité alimentaire. Pour résoudre cette équation, l'une des voies envisagées consiste à rechercher des modèles de production qui s'appuient sur les processus écologiques et valorisent les services écosystémiques fournis par les agrosystèmes. Dans ce contexte, l'étude des interactions multifonctionnelles entre les plantes et leurs microbiotes représente une piste particulièrement intéressante. Il est clairement établi que la plante vit en étroite relation avec une large diversité de microorganismes, qu'ils soient localisés à proximité de la plante, sur ses organes ou encore dans ses tissus (microorganismes endophytes). En fonction de sa composition, ce microbiote peut impacter le fonctionnement de la plante. Les microorganismes peuvent améliorer la nutrition de la plante en augmentant la disponibilité en éléments minéraux dans les sols et les capacités d'interception de ces éléments par la plante. Ils peuvent également améliorer la résistance des plantes à des pathogènes, notamment par la production de métabolites spécialisés. Le projet de thèse vise à identifier de nouvelles solutions à destination de l'agriculture en explorant les potentialités du microbiote bénéfique du blé, première céréale cultivée en France. Ce projet repose sur deux hypothèses. La première est que le génotype de la plante hôte influence la composition taxonomique et fonctionnelle du microbiote bénéfique du blé. La seconde hypothèse repose sur le fait que la combinaison de souches microbiennes et de métabolites spécialisés jouant le rôle de post-biotiques a des effets synergiques sur la croissance de la plante et sur le contrôle des bioagresseurs. Dans un premier temps, le projet de thèse visera à caractériser taxonomiquement et fonctionnellement les communautés endophytes de différents génotypes de blés cultivés sur différents types de sols. Dans un second temps, les souches isolées seront inoculées seules ou en consortia sur des variétés de blés et nous étudierons leur impact sur le métabolome de la plante. Cette stratégie nous permettra d'identifier les métabolites spécialisés à associer aux microorganismes bénéfiques pour potentialiser leurs effets. Enfin, dans un troisième temps nous quantifierons l'effet des combinaisons souches microbiennes / métabolites spécialisés sur la croissance et la résistance du blé aux agents pathogènes. Les résultats obtenus pourront ainsi, à moyen terme, offrir des opportunités pour développer des nouvelles solutions de biostimulation ou des biocontrôle. Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet de thèse amèneront le doctorant à acquérir des compétences en microbiologie pasteurienne, en biologie moléculaire, en bio-informatique et en métabolomique. Ce travail sera réalisé dans le cadre de la chaire Bio4Solutions* au sein du Laboratoire Agronomie et Environnement (Université de Lorraine-INRAE) à Nancy. Le doctorant pourra accéder à des plateformes technologiques telles que la plateforme PEPLor et le PASM et bénéficier de l'expertise transversale d'une équipe complémentaire.

Since the end of the Second World War, agriculture has called for the use of fertilizers or phytosanitary products to improve the quantity and quality of its production. It is clearly recognized that the resulting artificialization of the environment has had negative impacts on the environment and health. It is now important to reduce the use of these synthetic inputs while maintaining strong agricultural production so as to ensure food security. To solve this equation, one of the avenues considered is to seek production models that are based on ecological processes and enhance the ecosystem services provided by agrosystems. In this context, the study of multifunctional interactions between plants and their microbiota represents a particularly interesting avenue. It is clearly established that the plant lives in close relationship with a wide variety of microorganisms, whether they are located near the plant, on its organs or even in its tissues (endophytic microorganisms). Depending on its composition, this microbiota can impact the functioning of the plant. Microorganisms can improve plant nutrition by increasing the availability of mineral elements in soils and the plant's ability to intercept these elements. They can also improve the resistance of plants to pathogens, in particular through the production of specialized metabolites. The thesis project aims to identify new solutions for agriculture by exploring the potential of the beneficial microbiota of wheat, the first cereal cultivated in France. This project is based on two hypotheses. The first is that the genotype of the host plant influences the taxonomic and functional composition of the beneficial wheat microbiota. The second hypothesis is based on the fact that the combination of microbial strains and specialized metabolites playing the role of post-biotics has synergistic effects on the growth of the plant and on the control of pests. Initially, the thesis project will aim to taxonomically and functionally characterize the endophytic communities of different genotypes of wheat cultivated on different types of soil. In a second step, the isolated strains will be inoculated alone or in consortia on varieties of wheat and we will study their impact on the metabolome of the plant. This strategy will allow us to identify the specialized metabolites to associate with beneficial microorganisms to potentiate their effects. Finally, in a third step, we will quantify the effect of combinations of microbial strains / specialized metabolites on the growth and resistance of wheat to pathogens. The results obtained may thus, in the medium term, offer opportunities to develop new biostimulation or biocontrol solutions. The work carried out within the framework of this thesis project will lead the doctoral student to acquire skills in Pasteurian microbiology, molecular biology, bioinformatics and metabolomics. This work will be carried out within the framework of the Bio4Solutions * chair within the Agronomy and Environment Laboratory (University of Lorraine-INRAE) in Nancy. The doctoral student will be able to access technological platforms such as the PEPLor platform and the PASM and benefit from the transversal expertise of a complementary team.