Projet ANR-12-ADAP-0017 – ADASPIR : Mécanismes symbiotiques d’adaptations d’Acacia spirorbis aux stress abiotiques et aux perturbations environnementales en Nouvelle Calédonie
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Marc DUCOUSSO (Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes/Cirad/IRD/Inra/Agro-M/UM2)
Partenaires : Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie; Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Laboratoire Insulaire du Vivant et de l'Environnement
Montant : 465000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Rôles des symbioses dans l’adaptations d’Acacia spirorbis en Nouvelle-CalédonieAcacia spirorbis est un arbre capable de se développer avec ses microorganismes symbiotiques dans tous les types de sols de Nouvelle-Calédonie : ultrabasiques, volcano-sédimentaires, calcaires… Les enjeux sont de caractériser les diversités et les rôles dans l’adaptation de ces microorganismes.
Diversité et adaptation des symbioses d’Acacia spirorbis aux contraintes de solsL’objectif général est de comprendre les rôles : des bactéries fixatrices d’azote, des champignons mycorhiziens arbusculaires et des champignons ectomycorhiziens, dans l’adaptation d’A. spirorbis à la variété des sols de Nouvelle-Calédonie. L’enjeu principal est d’évaluer le rôle de ces symbioses dans l’adaptation à diverses contraintes de sols en utilisant un modèle d’étude.Suite à une histoire géologique complexe, la Nouvelle-Calédonie possède une grande variété de sols aux contraintes parfois extrêmes. Seulement deux espèces sont capables de pousser dans toutes ces conditions : Wikstroemia indica et A. spirorbis, cette dernière est capable de former des nodules fixateur d’azote, des mycorhizes arbusculaires et des ectomycorhizes. Les caractérisations taxonomique et fonctionnelle de ces symbioses ont pour objet de comprendre leurs rôles dans diverses adaptations pour les appliquer à la revégétalisation des sites dégradés et, à terme, à d’autres espèces végétales de grande culture.
Caractérisation du modèle A. spirorbis et de son fonctionnement moléculaireLe projet est fondé sur un dispositif de terrain en Nouvelle-Calédonie où A. spirorbis est présent spontanément dans 9 types de sols différents aux contraintes extrêmes. La tache N°1 a été de caractériser ces environnements : analyses physio-chimique et minéralogique des sols, végétation, composition minérale d’A. spirorbis, importance de la fixation d’azote par analyse des rapports isotopique 14N/15N. La tache N°2 est divisée en 2 sous taches : caractériser les microorganismes symbiotiques d’A. spirorbis et étudier leurs rôles dans l’adaptation aux contraintes des sols. Les microorganismes sont caractérisés taxonomiquement en utilisant des méthodes morphologiques, anatomiques et moléculaires par séquençage ciblé de l’ADN en fonction de leur environnement d’origine. Ils sont aussi caractérisés phénotypiquement pour leurs tolérances aux contraintes. Ces caractérisations sont réalisées sur les microorganismes isolés et en symbiose avec la plante notamment par l’étude des ADN transcrits.
Résumé de la soumission : Acacia spirorbis est une espèce de légumineuse distribuée sur tout l'arc mélanésien, principalement en Nouvelle-Calédonie où il est omniprésent sur une large gamme de variété de sols. Du nord au sud du territoire et jusqu'à une altitude de 400m, cette espèce est très dynamique en termes d'implantation, de croissance et de capacité de renouvellement, démontrant une gamme d'adaptation, sans doute unique parmi les plantes vasculaires. La Nouvelle-Calédonie offre une extrême diversité de sols, induisant différents types de stress (par exemple : le stress hydrique dans les sols métallifères, calcaires et limoneux, la toxicité des métaux lourds dans les sols métallifères et d'aluminium dans les sols bauxitiques).Une autre caractéristique importante d’A. spirorbis est sa capacité à former des nodules fixateurs d'azote, des mycorhizes à arbuscules et des ectomycorhizes. Cette capacité d'établir une symbiose triple est connu que pour un nombre très limité d'angiospermes comme certaines espèces d’acacias australiens et certaines plantes actinorhiziennes. Chacune de ces symbioses a été caractérisé comme des acteurs importants dans l'adaptation des plantes aux stress édaphiques et cette symbiose triple est souvent mentionné pour expliquer la grande plasticité adaptative de leurs hôtes. Cependant, peu d’acacias "trisymbiotic" sont naturellement confrontés à une telle variétés de situations édaphiques sur des surfaces très réduites comme A. spirorbis. Une espèce végétale, trois différents type de symbioses et une gamme de variété très contrastée de sols plus ou moins toxiques : tel est le contexte d’ADASPIR.L'objectif principal d’ADASPIR est d'analyser le poids relatif de chaque symbiose dans l'adaptation d’A. spirorbis à ses différents environnements de la communauté aux individus et aux gènes. Dans le cadre d'un projet multidisciplinaire ADASPIR propose d'étudier les mécanismes d'adaptation d’A. spirorbis et ses microorganismes associés face à différents stress abiotiques. Le projet est organisé en trois groupes de travail : coordination, diffusion et exploitation des résultats (WP1), A. spirorbis et ses environnements (WP2) et le rôle des micro-organismes symbiotiques dans l'adaptation d’A. spirorbis aux contraintes abiotiques (WP3) déclinés en 9 tâches : (1) la coordination et le développement du travail, (2) la sélection des sites d'étude, (3) caractérisations  pédologiques, géochimique et minéralogique des sols, (4) caractérisations génotypique et phénotypique d’A. spirorbis, (5) quantification de la fixation de l'azote in situ chez A. spirorbis et traits d'histoire de vie, (6) la diversité et la fonctionnalité des bactéries fixatrices d'azote associées à A. spirorbis, (7) la diversité et la fonctionnalité des champignons mycorhiziens à arbuscules d’A. spirorbis, (8) la diversité et la fonctionnalité des champignons ectomycorhiziens d’A. spirorbis (9), le fonctionnement de la symbiose Pisolithus albus / A. spirorbis sous contraintes abiotiques.En conclusion, le projet ADASPIR propose de mener des recherches fondamentales pour caractériser les mécanismes d'adaptation d'une espèce, A. spirorbis à différents stress abiotiques : toxicités polymétalliques (Ni, Cr, Mn, Co), rapport Ca/Mg déséquilibré (1/40), toxicité de l'aluminium, excès de carbonate de Ca, pauvreté en éléments majeurs. Il est à noter que cette espèce est capable de croître et de former des peuplements très dynamiques (limite envahissants) sur une gamme très diversifiée de sols: calcaire, siliceux (acide et neutre), aluminique, ferralitique, serpentinique ... D'un point de vue industriel, A. spirorbis est une espèce largement utilisée dans les programmes de revégétalisation des anciens sites miniers en Nouvelle-Calédonie. Le projet ADASPIR vise à mieux cibler l'utilisation de cette espèce et à optimiser la gestion de ses peuplements pour une restauration durable des écosystèmes dégradés.
Résultats : Publication d’une notice sur les caractéristiques des sols des sites sélectionnés permettant d’identifier leurs contraintes majeures. Développement original non prévue au départ : l’utilisation d’A. spirorbis comme plante nurse pour la restauration des écosystèmes post-exploitation minière. Dépôt d’une demande de financement complémentaire auprès du Grand observatoire du Pacifique Sud pour explorer en partenariat avec une entreprise australienne, les capacités de préadaptation de la sous-espèce australienne d’A. spirorbis et de ses microorganismes aux conditions extrêmes de Nouvelle-Calédonie.
Perspectives : Les grandes étapes du 1ier semestre sont la mission de sélection des sites, suivie de la mission d’échantillonnage qui ont permis le démarrage des activités de laboratoire. Les faits marquants principaux sont la description des sites d’étude et la mise en place des 4 Mastères. Acacia spirorbis partage ses ectomycorhizes avec des plantes endémiques des maquis miniers à ce titre il a un potentiel de plante nurse pour la réhabilitation des sites miniers après exploitation.
Publications et brevets : 4 stages de Mastère ont été réalisés. Ils concernent les compositions minérales des sols et d’A. spirorbis, la diversité des Bradyrhizobium, des mycorhizes arbusculaires et des ectomycorhizes d’A. spirorbis dans les 9 sites d’étude. Ces résultats seront publiés dans des revues spécialisées.