Projet ANR-12-JSV7-0014 – SymbioMaize : Diversification du maïs et symbiose associative avec la rhizobactérie Pseudomonas fluorescens
Programme : JCJC - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Claire PRIGENT-COMBARET (Ecologie Microbienne (EM))
Partenaires : Écologie Microbienne
Montant : 149999.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Quels maïs sont les mieux à même de bénéficier des bactéries du sol sous climat tempéré ?Ce projet a pour objectif de comprendre quel est l’impact de la diversité génétique d’une plante d’intérêt agronomique majeur, le maïs, sur le fonctionnement de son interaction avec les bactéries du sol, sous climat tempéré. Il a pour ambition de permettre l'identification de génotypes de maïs qui bénéficient le mieux des propriétés phytobénéfiques des bactéries du sol.
Comprendre le fonctionnement de la symbiose entre le maïs et les bactéries bénéfiques du solAu cours de la domestication du maïs, cette céréale s’est adaptée à différents types de sol et conditions climatiques et s'est diversifiée. Actuellement, la sélection variétale a privilégié la productivité de cette culture au détriment de la capacité de la plante à interagir avec des bactéries bénéfiques du sol. L’objectif du projet est de déterminer si 15 lignées de maïs représentatives de cette diversité  diffèrent ou non dans leur capacité à interagir avec une bactérie modèle du sol.
Criblage métabolomique et moléculaire d’interactions positives entre maïs et bactéries du solUn système expérimental permettant de cultiver en condition axénique 15 lignées de maïs différentes et d’en récolter les exsudats a été développé. Diverses méthodes chromatographiques permettront d’analyser la composition des exsudats. Leur capacité ou non à induire l’expression de gènes bactériens sera étudiée in vitro avec des systèmes rapporteurs fluorescents. Ces résultats seront ensuite validés par des expériences d’inoculation en pot d’une souche modèle sur maïs.
Résumé de la soumission : L’efficacité des symbioses associatives entre les céréales et les bactéries rhizosphériques stimulatrices de la croissance des plantes (PGPR) dépend du génotype des 2 partenaires, mais les traits fonctionnels responsables de ces différences sont encore mal connus. Ceci est particulièrement vrai du côté du partenaire végétal, même si le rôle potentiel des exsudats racinaires a souvent été mis en avant. La diversification des céréales a conduit à d’importantes modifications de leurs propriétés physiologiques, probablement de la composition de leurs exsudats, et in fine de leurs interactions avec des PGPR. Aussi, nous faisons l'hypothèse qu’en prenant en compte la structure génétique des céréales, on pourrait mieux comprendre les différences de fonctionnement des symbioses associatives PGPR-céréales. Ce projet s’intéresse à cette question en considérant l’interaction entre le maïs et des PGPR de l’espèce Pseudomonas fluorescens, que l’on trouve de façon ubiquiste en association avec les racines des céréales. Le maïs a été domestiqué au Mexique à partir de la téosinte, il y a 9000 ans. Il a ensuite été introduit et cultivé en Amérique, puis en Europe à partir du 16ème siècle. Au cours de ce processus, le maïs s’est diversifié et adapté à différents types de sols, conditions climatiques, et systèmes de culture. Il a également rencontré différentes populations bactériennes, notamment des PGPR de l’espèce P. fluorescens. La dissémination et la diversification du maïs ont conduit à la formation de 5 groupes génétiques principaux. Ainsi, l’objectif général du projet SymbioMaize est de déterminer si l’appartenance des lignées de maïs à un de ces groupes génétiques est un facteur déterminant leur capacité à interagir avec une PGPR. Ceci sera réalisé en utilisant une collection de 15 lignées de maïs et la PGPR modèle P. fluorescens F113. Cette PGPR est capable de stimuler la croissance du maïs, les deux propriétés phytobénéfiques importantes de cette PGPR étant l’activité 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) désaminase (AcdS), et la production de 2,4-diacétylphloroglucinol (DAPG), une molécule signal stimulant la rhizogénèse. Premièrement, les exsudats racinaires de chacune des 15 lignées de maïs seront caractérisés chimiquement. Deuxièmement, l'impact des exsudats sur l'expression des gènes phytobénéfiques acdS (activité ACC désaminase) et phlD (biosynthèse de DAPG) sera analysé in vitro et lors de la colonisation du système racinaire. Troisièmement, la réponse de chacune des lignées de maïs à l'inoculation par la souche F113 sera analysée en terme (i) de développement et de croissance du maïs, et (ii) de contenu racinaire en métabolites (benzoxazines) marqueurs de l’interaction avec des PGPR. Quatrièmement, des mutants acdS et phlD de F113 seront utilisés pour évaluer si ces déterminants contribuent à l’effet phytostimulateur de cette PGPR sur les lignées de maïs qui lui répondent le mieux. Ainsi, ce projet devrait permettre d’évaluer si l’appartenance d’une lignée de maïs à un groupe génétique particulier détermine la composition de ses exsudats racinaires, la capacité de ces derniers à déclencher l'expression de gènes phytobénéfiques chez la PGPR, ainsi que la capacité de la lignée à bénéficier de la PGPR et de ses activités phytobénéfiques. Globalement, ce projet permettra d’obtenir une meilleure compréhension du fonctionnement de la symbiose associative maïs-PGPR, et de l’importance de la diversification du maïs sur cette interaction. Il devrait également permettre d’identifier le (ou les) groupe(s) génétique (s) de maïs qui interagisse(nt) le plus efficacement avec des PGPR du type F113, ainsi que d’apporter de nouvelles pistes de réflexion vis-à-vis de la sélection variétale des maïs. Pour mener à bien ce projet, un partenariat interdisciplinaire alliant des expertises dans les domaines de l'écologie microbienne, des interactions plante-microorganisme, de la métabolomique végétale et de la génétique du maïs, a été réuni.
Résultats : Durant les six 1er mois du projet, le système de culture des 15 lignées de maïs représentatives a été développé. Ce système fonctionne de façon efficace et permet de récolter de façon satisfaisante les composés libérés par les racines dans le milieu. Nos premiers résultats montrent que la composition des exsudats varie d’une lignée à l’autre et que certains métabolites pourraient être spécifiquement présents dans un seul groupe génétique de maïs.
Perspectives : En permettant de mieux comprendre l'importance de la diversification du maïs sur son interaction avec des bactéries du sol, ce projet devrait permettre de fournir de nouvelles pistes de réflexion vis-à-vis de la sélection variétale des maïs cultivés sous climat tempéré. L’utilisation de variétés plus adaptées aux bactéries du sol permettrait de limiter la consommation excessive d’eau et d’engrais utilisée pour cette culture.
Publications et brevets : -