Sujet_E2M2_2013 Grundmann - Ecologie Microbienne Lyon
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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 Co-directeur : Daniel Muller, Maître de de conférences conférences Unité de recherche: Unité de recherche : UMR5557 Ecologie Microbienne UMR5557 Ecologie Microbienne Mail : Mail : [email protected] [email protected] HDR (OUI / NON) : HDR (OUI / NON): Oui 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 MoënneLoccoz, 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]
