TITRE de la thèse : Caractérisation fonctionnelle de gènes

TITRE de la thèse : Caractérisation fonctionnelle de gènes bactériens impliqués dans la
symbiose associative Azospirillum - céréales.
DIRECTEUR de THÈSE : Florence WISNIEWSKI-DYÉ
COULEUR E2M2 : « Micro-organismes, interactions, infections »
CONTACT :
Florence WISNIEWSKI-DYÉ
UMR CNRS 5557 Ecologie Microbienne, équipe « Rhizosphère »
Université Claude Bernard Lyon 1
43 boulevard du 11 novembre 1918
69 622 Villeurbanne cedex
[email protected]
RÉSUMÉ du SUJET de THÈSE :
Les plantes font partie de communautés complexes et interagissent avec des
microorganismes qui pour certains sont délétères ou bénéfiques. L’établissement de ces
interactions (parasitisme ou symbiose) entre plantes et microorganismes implique
généralement un dialogue moléculaire spécifique entre les deux partenaires ; ce dialogue
conduit à une régulation fine de fonctions impliquées dans l’interaction.
Via des relations bénéfiques, certains microorganismes améliorent la nutrition végétale
ou aident la plante à surmonter des stress biotiques ou abiotiques. Ces microorganismes
comprennent des champignons ou des bactéries, qui établissent des symbioses mutualistes
(par exemple avec les champignons mycorhiziens ou les bactéries de type 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, telles le blé, le maïs et le riz qui constituent la base de l’alimentation
humaine ; leur utilisation pourrait donc être une alternative pour réduire les intrants chimiques
dans le contexte d’une agriculture durable (Berg, 2009, Applied Microbiology and
Biotechnology, 84 :1). Plusieurs souches d’Azospirillum sont 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 meilleure
nutrition hydrique et minérale de la plante (Somers et al. 2004, Critical Review in Microbiology,
30:205). 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 (Miché et al. 2000, European Journal of Plant Pathology, 106:347 ;
Bashan and de-Bashan 2002, Applied and Environmental Microbiology, 68:2637).
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. 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. Ce projet explore
l’hypothèse selon laquelle la présence de la plante entraînerait une régulation fine de gènes
bactériens essentiels à l’établissement et/ou au maintien de l’interaction Azospirillum céréales.
Une étude antérieure, menée dans l’équipe d’accueil, a conduit à l’identification de
quelques gènes d’Azospirillum induits par des exsudats végétaux et exprimés lors de
l’interaction avec la plante (Pothier et al., 2007, Molecular Plant-Microbe Interactions,
153 :3608). Plus récemment, une analyse préliminaire de transcriptomique bactérienne a
permis de mettre en évidence des gènes bactériens induits ou réprimés au cours de
l’association avec la plante ; ainsi, des gènes candidats pouvant jouer un rôle majeur dans cette
interaction, notamment ceux impliqués dans la transduction du signal et la régulation génique,
pourront être sélectionnés.
L’objectif de la thèse sera d’identifier et de caractériser des déterminants génétiques
bactériens nécessaires à l’établissement et/ou au maintien de la symbiose Azospirillum céréales. Le projet proposé consistera notamment à (i) sélectionner des gènes candidats, (ii) à
inactiver ces gènes, (iii) à étudier l’impact de ces mutations sur la physiologie d’Azospirillum et
sur l’association avec la plante, et (iv) à analyser la cinétique d’expression de ces gènes lors de
l’interaction avec la plante.
Ce projet sera complémentaire d’autres projets menés dans l’équipe, notamment le
projet ANR AZORIZ (coordonné par F. Wisniewski-Dyé) visant à caractériser la spécificité
d’interaction entre Azospirillum et la plante hôte.
CONNAISSANCES et COMPÉTENCES REQUISES : Le candidat sera titulaire d’un Master
d’Ecologie Microbienne ou de Microbiologie. Des compétences en génétique bactérienne et un
intérêt pour l’étude des relations bactéries-plante constitueront des avantages.