CONCOURS ALLOCATIONS MINISTERIELLES 2014 Intitulé du sujet

CONCOURS ALLOCATIONS MINISTERIELLES 2014
Intitulé du sujet : Symbiose associative Azospirillum / céréales : vers l’identification de
déterminants génétiques végétaux essentiels pour l’association
Couleur scientifique :
Micro-organismes, interactions, infections
Directeur (NOM Prénom) :
Co-directeur (NOM Prénom) :
WISNIEWSKI-DYÉ Florence
Unité de recherche : N° et libellé
Unité de recherche : N° et libellé
UMR 5557 Ecologie Microbienne
Mail : [email protected]
Mail :
HDR (OUI / NON) :
HDR (OUI / NON):
OUI
Résumé (ne pas dépasser l’encadré) :
Contexte scientifique. Via des relations bénéfiques, certains microorganismes améliorent
la nutrition végétale ou aident la plante à surmonter des stress biotiques ou abiotiques. Ces
interactions impliquent des champignons ou des bactéries, et correspondent à des
symbioses mutualistes (par exemple avec les bactéries du genre Rhizobium) ou associatives
(coopération), comme dans le cas des PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria).
Certaines bactéries PGPR, notamment Azospirillum, peuvent stimuler la croissance des
céréales ; leur utilisation pourrait donc être une alternative pour réduire les intrants
chimiques dans le contexte d’une agriculture durable. Plusieurs souches d’Azospirillum sont
en effet capables d’exercer des effets phytostimulateurs sur la croissance des plantes et sur
les rendements de culture, en serre ou dans des essais au champ menés dans des sols divers
et sous des conditions climatiques variées. La stimulation de la croissance végétale est
attribuée principalement à la production de plusieurs phytohormones (notamment de type
auxinique), permettant une augmentation du nombre de racines latérales et de poils
absorbants, ce qui se traduit par une meilleure nutrition hydrique et minérale de la plante
inoculée (Spaepen et al., 2010). En plus de la phytostimulation, certaines souches
d’Azospirillum peuvent aussi favoriser la santé de la plante via le contrôle biologique de
plantes phytoparasites ou de bactéries phytopathogènes.
La symbiose associative entre les céréales et Azospirillum a été étudiée principalement pour
ses aspects agronomiques tels la morphologie racinaire et l’augmentation des rendements.
Plusieurs études ont révélé un certain degré de spécificité de cette association (Chamam et
al., 2013 ; pour revue, Drogue et al., 2012). Hormis quelques déterminants génétiques
bactériens impliqués dans la colonisation racinaire, la fixation d’azote et la production de
phytohormones, les gènes impliqués dans l’établissement de cette symbiose demeurent
inconnus. Du côté du partenaire végétal, une étude récente de transcriptomique a été menée
sur deux cultivars de riz (Cigalon et Nipponbare) en association avec deux souches
d’Azospirillum : A. lipoferum 4B isolée du cultivar Cigalon et colonisant la surface des racines
et Azospirillum sp. B510 isolée du cultivar Nipponbare et capable de coloniser à la fois la
surface des racines et les premières couches cellulaires du cortex racinaire (caractère
endophyte). Cette étude a permis de mettre en évidence des gènes induits ou réprimés au
cours de l’association avec la bactérie et qui pourraient jouer un rôle majeur dans cette
interaction (Drogue et al., soumis). Notamment le profil d’expression de nombreux gènes
s’avère spécifique du génotype de plante et de la souche bactérienne inoculée, et
l’inoculation avec une souche endophyte modifie l’expression d’un nombre plus conséquent
de gènes (essentiellement répression). De plus, le génome de la souche bactérienne
endophyte a révélé, de façon surprenante, la présence d’un opéron de biosynthèse d’une
phytotoxine ; cet opéron décrit uniquement chez des bactéries pathogènes capables
d’envahir les tissus végétaux (Cui et al., 2005) pourrait être responsable du caractère
endophyte d’Azospirillum.
Hypothèse et Objectifs de la thèse. L’hypothèse de travail est que les gènes dont
l’expression est modulée en présence du partenaire bactérien sont des marqueurs de
l’association, et qu’ils jouent un rôle essentiel lors de l’interaction et/ou de la colonisation
bactérienne. Ce projet de thèse se focalisera donc sur des déterminants génétiques du
partenaire végétal, notamment sur quatre gènes induits dans toutes les conditions testées et
sur quatre gènes dont l’expression est modulée uniquement en présence de la souche
endophyte. Le rôle éventuel de la phytotoxine bactérienne dans le processus de colonisation
et de suppression des défenses de l’hôte végétal sera également exploré.
Démarche expérimentale. Dans un premier temps, le candidat déterminera sur des
plantules en conditions d’inoculation et pour les gènes sélectionnés, essentiellement via des
approches de qRT-PCR : (i) la cinétique d’expression chez le riz ; (ii) l’expression en
présence d’autres souches d’Azospirillum (endophyte ou non) ; (iii) l’expression en présence
d’un mutant d’Azospirillum sp. B510 incapable de produire la phytotoxine (en cours de
construction) ; (iv) l’expression en présence d’autres PGPR ; (v) l’expression chez d’autres
céréales, notamment maïs (si des orthologues existent). Dans un second temps, à l’aide de
mutants de riz inactivés dans les gènes d’intérêt (une banque de mutants est disponible), le
candidat analysera la réponse physiologique de la plante en réponse à Azospirillum. Le
projet sera mené en collaboration avec Daniel Muller et Claire Prigent-Combaret (UMR
5557) et Nathalie Picault (UMR 5096 Génome et Développement des Plantes, Perpignan).
Compétences requises. Le candidat sera titulaire d’un Master d’Ecologie Microbienne ou
de Microbiologie. Des compétences en biologie moléculaire, biologie végétale et un intérêt
pour l’étude des interactions plante-bactéries constitueront des atouts majeurs.
Références.
- Chamam A, Sanguin H, Bellvert F, Meiffren G, Comte G, Wisniewski-Dyé F, Bertrand C, PrigentCombaret C. 2013. Plant secondary metabolite profiling evidences strain-dependent effect in the
Azospirillum-Oryza sativa association. Phytochem. 87: 65-77.
- Cui J, Bahrami AK, Pringle EG, Hernandez-Guzman G, Bender CL, Pierce NE, Ausubel FM. 2005.
Pseudomonas syringae manipulates systemic plant defenses against pathogens and herbivores. Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 102:1791–1796.
- Drogue B, Doré H, Borland S, Wisniewski-Dyé F, Prigent-Combaret C. 2012. Which specificity in the
cooperation between phytostimulating rhizobacteria and plants? Res. Microbiol. 163: 500-510.
- Drogue B, Sanguin H, Chamam A, Mozar M, Llauro C, Panaud O, Prigent-Combaret C, Picault N,
Wisniewski-Dyé F. Submitted. Rice transcriptome profiling reveals a strain-dependent response
upon inoculation with Azospirillum.