Sujet_E2M2_2013 Grundmann - Ecologie Microbienne Lyon

CONCOURS ALLOCATIONS MINISTERIELLES 2013
Intitulé du sujet : Rôle fonctionnel et organisation des communautés bactériennes des
agrégats de la rhizosphère du maïs
Couleur : Micro-organismes, interactions, infections
Directeur : Geneviève'Grundmann, Maître
de conférences
Co-directeur : Daniel Muller, Maître de
conférences
Unité de recherche:
UMR5557 Ecologie Microbienne
Unité de recherche :
UMR5557 Ecologie Microbienne
Mail :
[email protected]
Mail :
[email protected]
HDR (OUI / NON) :
Oui
HDR (OUI / NON):
non

Résumé (ne pas dépasser l’encadré) :
Contexte et hypothèse
Les bactéries contrôlent les cycles biogéochimiques des éléments majeurs et influencent
directement le développement des plantes, des animaux et la santé humaine. Cependant, alors que les
micro-organismes sont les organismes les plus abondants et les plus divers sur terre, les profils de
distribution de la diversité microbienne et les facteurs qui la contrôlent restent à l’heure actuelle
méconnus, que ce soit entre les types d’habitats majeurs de la planète, et au sein même de ces habitats.
À l’heure actuelle, la plupart des travaux de la littérature prospecte la diversité microbienne des
écosystèmes (Pointinga et al 2009 PNAS 106:19964-19969), mais peu d’efforts sont encore investis dans
la recherche d’une cohérence dans cette diversité et dans l’identification de facteurs du milieu la
structurant (Nemergut et al 2011 Environ Microbiol 13:135–144 ; Noguez et al 2005 Global Ecol
Biogeograph 14:241-248). Tout comme les interactions abiotiques, les interactions biotiques déterminent
la structure des communautés microbiennes et leur fonctionnement. Une étude récente a montré que les
communautés microbiennes auraient plus de ségrégation de taxa que ce qui est prédit par le hasard
suggérant que les interactions compétitives et/ou la spécialisation de niche seraient importantes pour
structurer la biogéographie microbienne (Horner-Devine et al 2007'Ecology 88:1345-1353). Ainsi, il
apparaît que la composition et la structure des communautés bactériennes seraient représentatives du
fonctionnement du sol. Par exemple, les interactions bactéries-plantes dans la rhizosphère aboutissent à la
réorganisation spatiale de la diversité le long de la racine. Les agrégats de sol, d’origine biologique, le long
des racines définiraient des volumes « confinés » d’interaction bactéries-plante (Remenant et al 2009 Soil
Biol Biochem 41:29-36). Dans certains cas, une structuration physique de la matrice du sol (plus ou moins
agrégée) influera sur les probabilités de rencontre entre la racine et les bactéries qui participent à la
définition de la microflore rhizosphérique. Ces interactions sol-racine, généralement sous-estimées, sont
potentiellement à la base du fonctionnement microbien du sol. Aussi, il devient essentiel de dépasser la
simple description de la diversité microbienne pour avoir une compréhension plus intégrative du
fonctionnement microbien des sols rhizosphériques en prenant en compte les caractéristiques
d’organisation du microbiome et la structuration du sol.
Notre hypothèse est que les agrégats racinaires ont un rôle fonctionnel important en hébergeant des
communautés bactériennes particulières. La structuration des communautés bactériennes dans la
rhizosphère dépend du recrutement des bactéries par la racine, dans les agrégats racinaires particulièrement
bien visibles chez le maïs, avec certains filtres liés à la plante mais aussi à la structure physique du sol
ainsi qu’à la structure des communautés bactériennes du sol environnant.
Agrégats racinaires hébergeant une
communauté bactérienne

Objectifs de la thèse
L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle fonctionnel des agrégats de sol le long de la
racine dans l’interaction microbes-plantes. L’étude ciblera plus particulièrement les mécanismes
d’organisation/formation des communautés bactériennes d’une part et des groupes fonctionnels
composant ces communautés d’autre part.
Démarche expérimentale
Pour explorer ces communautés dans le sol nous utiliserons la rhizosphère de maïs et le
sol nu comme systèmes d’étude. Un premier axe consistera à étudier la structuration et le
fonctionnement des communautés dans les structures physiques que constituent les agrégats de
sol autour des radicelles du maïs. Un second axe ciblera l’évaluation de l’importance de la
structure du sol dans le recrutement bactérien par la racine.
Afin de déterminer le rôle fonctionnel des agrégats racinaires dans l’interaction biologique
avec la plante, la diversité du microbiome colonisant ces agrégats et l’activité de certains groupes
fonctionnels (sous-communauté de bactéries qui assurent une même fonction) connus pour
intervenir dans les interactions plante-bactéries seront analysés. Les groupes fonctionnels ciblés
seront : les producteurs de phytohormone et d’antimicrobiens. La diversité du microbiome
rhizosphérique sera étudiée par pyroséquençage 454 de l’ADNr 16S (partie V5-V6). Les groupes
fonctionnels seront caractérisés par qPCR (production d’auxine ppdC; modulation de la synthèse
végétale d’éthylène acdS ; production d’antimicrobiens phlD).
Pour l’étude de l’impact de la structure physique du sol sur le recrutement bactérien, une
étude comparative des communautés bactériennes des agrégats racinaires de plante cultivées sur
un sol structuré ou sur le même sol déstructuré sera entreprise.
Équipe d’accueil, collaborations, et candidat(e) recherché(e)
Le projet de thèse se déroulera dans l’équipe Rhizosphère de l’UMR 5557 Écologie
Microbienne. Il impliquera une collaboration avec des biométriciens.
Le candidat(e) devra être intéressé(e) par l’écologie des interactions bactérie/plante, et par
les approches expérimentales de génomique environnementale reposant sur l’analyse de données
de séquençage. Des compétences techniques sont nécessaires en microbiologie, biologie
moléculaire. Ces techniques sont maitrisées dans l’équipe ou accessibles par des collaborations
extérieures.
Publications de l’équipe d’accueil en lien avec ce projet
Remenant, B., Grundmann, G., and Jocteur-Monrozier, L. (2009) From the micro-scale to the
habitat: Assessment of soil bacterial community structure as shown by soil structure directed
sampling. Soil Biology and Biochemistry, 41, 29-36.
Kyselkova, M., Kopecky, J., Frapolli, M., Défago, G., Sagova-Mareckova, M., et al. (2009)
Comparison of rhizobacterial community composition in soil suppressive or conducive to tobacco
black root rot disease. The ISME Journal, 3, 1127-1138.
Bouffaud, M.-L., Kyselkova, M., Gouesnard, B., Grundmann, G., Muller, D., and Moënne-
Loccoz, Y. (2012) Is diversification history of maize influencing selection of soil bacteria by
roots? Molecular Ecology, 21, 195-206.
Contact
Geneviève Grundmann (MCU), UMR CNRS 5557 Écologie Microbienne, Équipe Rhizosphère,
Bât. Mendel, 43 Bd du 11 Novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex,
[email protected]