Influence du génotype de porte-greffe de vigne sur la composition des microbiotes rhizosphérique et racinaire : mécanismes moléculaires impliqués et impact sur le développement du plant.

Influence of grapevine rootstock and scion genotypes on the composition of rhizospheric and root microbiota: molecular mechanisms involved and impact on plant development.

• Auteur / Autrice : Vincent Lailheugue
• Direction : Virginie Lauvergeat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Plante greffée
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Cluzet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Lauvergeat, Daniel Wipf, Alia Dellagi, Corinne Vacher, Sylvain La camera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Wipf, Alia Dellagi

Mots clés

Mots clés libres

Plant greffé

Rhizosphère

Endosphère racinaire

Bactérie

Champignon

Champignon mycorhizien arbusculaire

Grafted plant

Rhizosphere

Root endosphere

Bacteria

Fungi

Arbuscular mycorrhizal fungi

Résumé

La viticulture est un secteur d’activités économique et culturelle majeur, nécessitant de s’adapter rapidement aux contraintes actuelles de changement climatique et de réduction des intrants, afin d’assurer sa pérennité. Le sol viticole contient une multitude de microorganismes en interaction étroite avec le système racinaire de la vigne. Au sein de la rhizosphère (i.e., zone de terre collée aux racines) et de l’endosphère racinaire, ils influencent de manières bénéfique, neutre ou défavorable, la croissance et le développement de l’hôte, et par conséquent, le rendement et la qualité des baies et du vin. Grâce à la rhizodéposition, mécanisme regroupant l’exsudation de composés de faible poids moléculaires (e.g. sucres, acides aminés et organiques) et du mucilage (sucres polymérisés) par les racines, ainsi que le relargage de cellules spécialisées, les plantes influencent la composition du microbiote du système racinaire. Comprendre les interactions entre la vigne greffée et le microbiote du sol est donc indispensable pour proposer des techniques innovantes et efficaces dans l’adaptation du secteur aux enjeux actuels. L’influence des génotypes du plant greffé, et plus particulièrement du porte-greffe (PG), en contact direct avec le sol, revêt donc une importance fondamentale. En effet, il est nécessaire de comprendre comment le PG interagit avec ce microbiote, afin de définir des stratégies d’amélioration variétale en identifiant quel génotype interagira le mieux avec le microbiote indigène d’une parcelle, ou un consortium de micro-organismes stimulateurs de croissance ou des défenses de la plante, tels que les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA). Plusieurs travaux semblent montrer une influence des deux génotypes du plant greffé sur la composition des bactéries et des champignons du microbiote du système racinaire de la vigne. Cependant, l’influence réciproque des deux partenaires n’est pas toujours clairement démontrée. Par ailleurs il est difficile de comparer ces études à cause de différences dans les méthodes d’analyses employées, les micro-organismes, les compartiments racinaires et les génotypes étudiés, ainsi que le contexte pédoclimatique des parcelles analysées. De plus, la plupart de ces études se sont concentrées sur l’identification des microorganismes mais très peu à leurs rôles environnementaux et sur la plante. Enfin, l’influence du génotype de PG sur la communauté de CMA est très peu étudiée. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse étaient : (i) d’étudier l’influence des deux génotypes du plant greffé de vigne sur la composition des bactéries et des champignons associés au système racinaire, (ii) de comparer la capacité d’association de différente combinaisons PG × greffon avec les CMA, (iii) caractériser le rôle fonctionnel du microbiote du système racinaire et (iv) de comparer chez différents génotypes de PG les profils métaboliques de la rhizosphère et des racines, afin de les relier à leur composition taxonomique. Les résultats acquis sur le dispositif GreffAdapt au cours des trois dernières années confirment l’influence du génotype de PG sur la composition et la fonction des bactéries et des champignons du microbiote racinaire, ainsi qu’une contribution moindre du génotype du cépage. Même si la capacité de mycorhization ne semble pas dépendante des deux génotypes du plant greffé, la diversité des CMA dans l’endosphère racinaire est fortement influencée par le PG. L’observation de corrélations entre la composition du microbiote du système racinaire avec le phénotype et la nutrition minérale de la plante met en évidence le rôle fondamental de ces communautés microbiennes sur le développement de la vigne. Enfin, l’acquisition récente d’un jeu de données caractérisant la composition métabolique des compartiments racinaires de différents génotypes de PG, semble prometteuse pour caractériser une partie des mécanismes impliqués dans la sélection des microorganismes du sol par les racines.

Viticulture is a major sector of economic and cultural activity, requiring rapid adaptation to the current constraints of climate change and reduced inputs to ensure its long-term perennity. Vineyard soil contains a multitude of microorganisms that interact closely with the grapevine root system. Within the rhizosphere (i.e., the zone of soil attached to the roots) and the root endosphere, microorganisms have a beneficial, neutral, or adverse effect on the growth and development of the host, and consequently on the yield and quality of the berries and wine. Through rhizodeposition, a mechanism involving the exudation of low molecular weight compounds (e.g., sugars, amino acids and organics) and mucilage (polymerized sugars) by the roots, as well as the release of specialized cells, plants influence the composition of the microbiota in the root system. Understanding the interactions between the grafted vine and the soil microbiota is therefore essential to propose innovative and effective techniques for adapting the sector to current challenges. The influence of the genotypes of the grafted plant, and more particularly of the rootstock, in direct contact with the soil, is therefore of fundamental importance. We need to understand how the rootstock interacts with this microbiota, to define varietal improvement strategies by identifying which genotype will interact best with the plot indigenous microbiota, or with a consortium of microorganisms that stimulate plant growth or defenses, such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). Several studies showed that both genotypes of the grafted plant influence the composition of bacteria and fungi in the microbiota of the grapevine root system. However, the reciprocal influence of the two partners is not always clearly demonstrated. It is also difficult to compare these studies because of differences in the analysis methods used, the micro-organisms, the root compartments and the genotypes studied, as well as the soil and climate conditions of the vineyards analyzed. In addition, most of these studies focused on the identification of microorganisms, but few about their environmental roles and impact on plant health. Finally, the influence of the rootstock genotype on the AMF community still poorly characterized. In this context, the objectives of the thesis were: (i) to study the influence of both genotypes of the grafted plant on the composition of bacteria and fungi associated with the root system, (ii) to compare the association capacity of the different rootstock × scion combinations with AMF, (iii) to characterize the functional role of the root system microbiota and (iv) to compare the metabolic profiles of the rhizosphere and roots of different rootstock genotypes, in order to link them to their taxonomic composition. The results obtained from the GreffAdapt plot over the last three years confirm the influence of the rootstock genotype on the composition and function of the bacteria and fungi in the root microbiota, as well as a lesser contribution from the scion genotype. Although mycorrhization capacity does not seem to depend on the two genotypes of the grafted plant, the AMF diversity in the root endosphere is strongly influenced by the rootstock. The observation of correlations between the composition of the root system microbiota and plant phenotype and mineral nutrition highlights the fundamental role of these microbial communities in grapevine development. Finally, the recent acquisition of a dataset characterizing the metabolic composition of the root compartments of different rootstock genotypes seems promising for characterizing some of the mechanisms involved in the root selection of microorganisms.