# A la découverte des mondes microbiens : La biodiversité du sol, un patrimoine à préserver et un acteur majeur de l'agroécologie

Philippe P. Lemanceau

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Philippe P. Lemanceau. A la découverte des mondes microbiens : La biodiversité du sol, un patrimoine à préserver et un acteur majeur de l'agroécologie. Salon International de l'Agriculture (SIA 2017), Participation à la Conférence de Presse le lundi 30 janvier 2017 avec P. Mauguin, J. Doré et T. Pineau de l'INRA, Feb 2017, Paris, France. 2017. hal-01605513

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PRESSE

Dossier

Conférence de presse
L'Inra au Salon international de l'agriculture

A la découverte des mondes microbiens

lundi 30 janvier 2017

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INRA
SCIENCE & IMPACT

SIA2017

www.inra.fr
## SOMMAIRE

* Les intervenants

* La biodiversité du sol, un patrimoine à préserver et un acteur majeur de l'agroécologie

* En annexe :

> Microbiote, la révolution intestinale

> L'Inra au SIA 2017 : A la découverte des mondes microbiens (stand, colloque et rencontres)

### Contact presse

Service de presse de l'Inra : presse@inra.fr - T. 01 42 75 91 86
## Intervenants

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### Philippe Mauguin

**Président-directeur général de l'Inra**

Philippe Mauguin a été nommé PDG de l'Inra en conseil des ministres et a pris ses fonctions en juillet 2016, succédant à François Houllier. Ingénieur agronome, il a débuté sa carrière comme chercheur au Centre de sociologie de l'innovation de l'Ecole des mines de Paris. Responsable du secteur agro-alimentaire au ministère de la recherche il a été conseiller de 1992 à 1993 auprès du ministre Hubert Curien. De 1993 à 1997, Philippe Mauguin a été directeur de l'agriculture et des bioénergies à l'ADEME puis directeur du groupement d'intérêt scientifique Agriculture pour la Chimie et l'Energie. Entre 1997 et 2002, il a été conseiller du Premier ministre Lionel Jospin pour l'agriculture, la forêt et l'alimentation. Il a ensuite occupé les fonctions de directeur de l'Institut national des appellations d'origine (INAO) et de directeur régional et interdépartemental de l'alimentation, de l'agriculture et de la forêt (DRIAA F) d'Ile-de-France. Puis, il a été directeur des pêches maritimes et de l'aquaculture au ministère de l'alimentation, de l'agriculture et de la pêche jusqu'en 2012. Philippe Mauguin devient alors directeur de cabinet de Stéphane Le Foll, Ministre de l'Agriculture, de l'Agroalimentaire et de la Forêt, avant d'être nommé en juillet 2016, PDG de l'Inra. Son projet pour l'Inra est de permettre une mobilisation collective au service des grands défis de la planète et des questions posées pour l'agriculture et la forêt qui doivent s'adapter constamment aux nouveaux enjeux : nourrir le monde, accompagner la transition agro écologique en mobilisant au maximum l'innovation, les stratégies internationales et des partenariats confortés avec l'enseignement supérieur

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### Philippe Lemanceau

**Directeur de l'unité Agroécologie (Dijon)**

Spécialiste de l'écologie microbienne des sols, Philippe Lemanceau est directeur de recherche à l'Inra. Il a une expertise internationale dans les domaines de la biodiversité des sols et des interactions plantes-microorganismes dans la rhizosphère. Les recherches correspondantes sont appliquées à l'agroécologie avec pour objectifs de développer des systèmes de cultures qui préservent et valorisent la biodiversité et les interactions biotiques. Il dirige l'unité Agroécologie (Inra, AgroSup, Université de Bourgogne) du centre Inra Dijon Bourgogne Franche-Comté. Il a récemment coordonné le programme européen EcoFINDERS sur la biodiversité et le fonctionnement biologique des sols européens.

Contact : philippe.lemanceau@inra.fr – 03 80 69 30 56
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Joël Doré</figcaption></figure>

Directeur de recherche au sein de l'unité Microbiologie de l'alimentation au service de la santé (Jouy-en-Josas)

Directeur de recherche à l'Inra, Joël Doré est également directeur scientifique de l'unité MetaGenoPolis, démonstrateur préindustriel des Investissements d'Avenir porté par l'Inra. Il consacre l'essentiel de ses travaux à la symbiose entre l'Homme et son microbiote intestinal et l'étude de sa rupture dans les maladies chroniques dont l'incidence ne cesse de croître de par le monde. Ses travaux fournissent une source d'informations portant sur les outils diagnostiques, les recommandations nutritionnelles et les approches thérapeutiques qui constituent la base d'innovations vers la nutrition préventive et la médecine de l'Homme 'symbiose'.

Contact : joel.dore@inra.fr - 01 34 65 27 09

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Thierry Pineau</figcaption></figure>

Directeur du département Santé animale de l'Inra

Dans ce département, près de 700 collaborateurs issus d'horizons diversifiés conduisent une recherche coordonnée au plan stratégique et assurent la formation de 100 doctorants. Depuis 2011, il est directeur du métaprogramme de l'Inra dédié à la Gestion Intégrée de la Santé des Animaux (GISA). Pharmacien de formation, Thierry Pineau a obtenu un doctorat de pharmacologie moléculaire à l'INSERM, complété d'un post-doctorat aux NIH (Bethesda, USA). De 2005 à 2009, il a facilité la structuration du pôle de toxicologie de Toulouse. Ses plus récentes recherches concernent le mode d'action et les impacts des contaminants de la chaine alimentaire et de l'environnement capables de perturber le fonctionnement normal des hormones. Ses travaux les plus cités visent à décrire les mécanismes de détoxication de l'organisme et ont favorisé des usages raisonnés des médicaments vétérinaires.

Contact : thierry.pineau@inra.fr – 02 47 42 77 75
## La biodiversité du sol, un patrimoine à préserver et un acteur majeur de l'agroécologie

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Isolement bactérien à partir d'un gramme de terre. On détecte jusqu'à 1 milliard de microorganismes © Inra

Le sol est un environnement complexe qui est habité par de nombreux organismes. Un gramme de sol peut contenir 1 milliard de bactéries et 100 000 champignons, correspondant à plusieurs milliers d'espèces différentes. Ces organismes contribuent au fonctionnement biologique des sols qui joue un rôle majeur dans une série de services environnementaux. Les organismes du sol contribuent en particulier à la nutrition et la santé des plantes. Cependant, l'uniformisation des cultures, la réduction de la diversité végétale et la sélection de génotypes végétaux en situations très fertiles ont pu minimiser l'importance de ces alliés.

Les systèmes agroécologiques visent au contraire à mieux valoriser les organismes du sol et leurs interactions avec les plantes afin de diminuer l'utilisation d'intrants de synthèse, de contribuer à la régulation du climat (réduction de l'émission de gaz à effet de serre, stockage de carbone dans les sols) et à la biofiltration de l'eau. Cette meilleure valorisation requiert une meilleure connaissance de la biodiversité et du fonctionnement biologique des sols ainsi que le développement de pratiques les promouvant. Il est donc primordial de caractériser la diversité des communautés microbiennes afin de pouvoir évaluer et prédire l'effet d'activités humaines sur le fonctionnement biologique des sols et leurs répercussions en termes de production agricole et de qualité de l'environnement. Qui sont ces microorganismes du sol ? Où sont-ils ? Que font-ils ? Autant de questions essentielles auxquelles s'intéressent les chercheurs de l'Inra, et dont un aperçu des recherches menées sur ces sujets sera accessible au grand public sur le stand de l'Inra durant la durée du Salon international de l'agriculture 2017 (25 février – 5 mars).

### Qui sont les microorganismes du sol ?

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Jusqu'à un passé récent, nous n'avions accès qu'aux microorganismes 'cultivables', dont on réalise maintenant qu'ils ne représentent que 0,1 à 10% de la biodiversité. Aujourd'hui, grâce aux recherches conduites en particulier à l'Inra, il est possible d'extraire l'ADN des sols et avec les nouvelles technologies de séquençage, de traitement des données, les chercheurs ont accès au matériel génétique de l'ensemble des microorganismes présents dans un échantillon de sol, permettant ainsi d'avoir une vision globale de la biodiversité.

La plateforme GenoSol, un outil unique en Europe. L'unité mixte de recherche « Agroécologie » (Inra Dijon) a créé cette structure logistique et technique assurant l'acquisition, la conservation, la caractérisation et la mise à disposition de l'ADN des microorganismes des sols, informations génétiques issues d'échantillonnages de grande envergure. Ce centre de ressources génétiques détient 14 000 échantillons, et 1 500 nouveaux chaque année. Cette plateforme est le fruit de l'expertise et du savoir-faire des chercheurs de l'Inra sur
la microbiologie des sols en termes de développement et de standardisation d'outils moléculaires de caractérisation des communautés microbiennes du sol. Ces développements méthodologiques ainsi que la logistique mise en place a permis d'entreprendre des analyses à grandes échelles de la distribution des microorganismes selon le type de sol, le mode d'usage et le climat.

## Où sont les microorganismes du sol ?

Un référentiel de la biodiversité microbienne des sols. Ces études de biogéographie réalisées à l'échelle du territoire national et européen (projet EcoFINDERS coordonné par l'Inra) ont montré que la biodiversité des sols varie selon les propriétés physico-chimiques de sols et en particulier leur pH ; elle varie également selon leur mode d'usage, les systèmes agricoles les plus favorables étant ceux privilégiant des assemblages d'espèces végétales dans le temps ou dans l'espace. A l'occasion de ces études, des bio-indicateurs de la qualité des sols ont été développés ; des référentiels ont été établis et permettent l'interprétation des résultats d'analyses biologiques des sols selon leurs propriétés et leurs modes d'usage.

Comme illustration, on peut citer le projet Agrinnov, coordonné par l'Inra. Il a permis à des chercheurs et des agriculteurs de collaborer, et d'aboutir à la validation d'un tableau de bord (comprenant des indicateurs de la faune et des microorganismes du sol ainsi que des indicateurs agronomiques) permettant aux agriculteurs d'appréhender l'impact de leurs pratiques. Des formations sur la biologie des sols et le tableau de bord ont été déployés sur un réseau national de plus de 250 fermes en grande culture et en viticulture. Il a ainsi été établi que moins de 10% des parcelles testées étaient dans un état critique en termes de biologie du sol. Ce projet a fait la démonstration opérationnelle de l'application et de l'appropriation par les agriculteurs des nouveaux outils de diagnostic de la qualité des sols émanant directement de la recherche.

## Que font les microorganismes des sols ?

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### Les microorganismes, des alliés en agroécologie

Certains microorganismes favorisent la nutrition et la santé des plantes. L'effet sur la nutrition est bien connu dans le cas des symbioses entre légumineuses et bactéries appartenant au groupe des rhizobia. Ces bactéries fixent l'azote, présent en grande quantité dans l'air, au profit de la plante. De même, les symbioses entre champignons et plantes (mycorhizes) améliorent la nutrition en phosphore mais également en eau de la plante. Certains microorganismes, dont ces champignons mycorhiziens, sont également capables de stimuler les réactions de défense de la plante, améliorant ainsi sa résistance aux maladies, alors que d'autres microorganismes en produisant des composés tels que des antibiotiques réduisent la croissance des champignons phytopathogènes dans les sols et diminuent ainsi la fréquence des infections racinaires et donc des maladies.

Ces relations vertueuses sont à bénéfices réciproques : la plante fournit en retour aux microorganismes bénéfiques des composés organiques essentiels. Les plantes libèrent en effet de nombreux composés organiques au niveau de leurs racines entretenant ainsi dans leur rhizosphère (zone de sol influencée par les racines) un cortège microbien abondant et actif. Cependant la plante ne favorise pas de façon équivalente dans sa rhizosphère l'ensemble des microorganismes du sol et module plutôt ces interactions à travers un dialogue moléculaire complexe et subtile. Un des enjeux de l'agroécologie est de mieux comprendre ce dialogue et d'identifier les traits végétaux, qui favorisent les microorganismes bénéfiques, afin de pouvoir les utiliser dans la conception de systèmes économes en intrants de synthèse. À terme, ces recherches visent en effet à obtenir des géotypes végétaux valorisant mieux les interactions avec les microorganismes du sol et nécessitant donc moins d'intrants.
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Les variétés anciennes de blé valorisent plus fortement de la symbiose mycorhizienne que les variétés plus récentes

De façon plus générale, des recherches sont en cours à l'Inra pour développer des systèmes de culture promouvant la biodiversité des sols, garante d'une meilleure stabilité des systèmes agricoles dans un contexte climatique fluctuant. Le principal levier repose à nouveau sur la végétation, les génotypes de plantes utilisés mais également leur association dans le temps (rotation des cultures) et dans l'espace (associations végétales). Les microorganismes sont en effet d'autant plus abondants et divers que la végétation est riche et diversifiée.

Au-delà de la production agricole, les systèmes agroécologiques recherchés visent également à fournir des services environnementaux, en particulier la régulation du climat et la biofiltration de l'eau.

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Enjeux des recherches en agroécologie en relation avec la gestion des communautés microbiennes du sol
Il existe une immense diversité microbienne dans les sols dont le fonctionnement impacte le fonctionnement de l'agroécosytème (productivité agricole, services écosystémiques) ①.
L'évolution correspondante (incluant le changement et la variabilité climatiques) impacte en retour la biodiversité et son fonctionnement ② et se traduit par une évolution des systèmes agricoles ③.
L'enjeu des recherches en agroécologie vise à proposer des systèmes (incluant génotypes de plantes et inoculums microbiens) qui valorisent les interactions biotiques, en particulier plantes-microorganismes pour de meilleurs services écosystémiques ④.

## La régulation du climat, capture des gaz à effet de serre et stockage de carbone

La présence de gaz à effet de serre dans l'atmosphère contribue au réchauffement climatique. Or, les sols peuvent émettre mais aussi capturer certains gaz à effet de serre tels que le protoxyde d'azote ($N_2O$) et le dioxyde de carbone ($CO_2$). Le $N_2O$ est un puissant gaz à effet de serre également responsable de la destruction de la couche d'ozone. Il est connu que l'activité microbienne peut conduire à l'émission de ce gaz et que cette émission varie selon le couvert végétal. Mais récemment, des chercheurs de l'Inra ont montré que certains sols ont également l'aptitude d'agir comme un puits de $N_2O$. Cette aptitude a été associée à la diversité et l'abondance d'un groupe de microorganismes que les chercheurs ont découvert et qui est capable de réduire le $N_2O$ en azote moléculaire ($N_2$ principal composant de l'air). Les chercheurs travaillent maintenant sur l'identification de pratiques agricoles pouvant stimuler ce nouveau groupe de microorganismes consommant le $N_2O$ et qui seraient privilégiées lors de la conception de systèmes agroécologiques. Concernant les émissions de $CO_2$ par les sols, elles sont associées à la minéralisation de la matière organique qui s'accompagne de la libération d'éléments minéraux nécessaires à la nutrition végétale. Réciproquement, la végétation capture du $CO_2$ de l'atmosphère et l'incorpore dans ses tissus sous forme de matière organique lors de la photosynthèse, et les restes de végétation en particulier après la culture contribuent à enrichir le sol en carbone. Cet enrichissement a des conséquences vertueuses à la fois pour le climat (réduction en $CO_2$ de l'atmosphère) mais également pour la fertilité des sols. C'est dans ce contexte et sur la base de travaux de l'Inra que le ministre en charge de l'agriculture a lancé en mars 2015 le programme international de recherche « 4 pour 1 000 » afin
d'augmenter le stock de carbone dans les sols et donc diminuer celui de l'atmosphère. Appliquée à l'horizon de surface des sols (0-40 centimètres), elle suffirait à compenser l'augmentation actuelle du CO₂ atmosphérique. Cette initiative a constitué la première contribution de l'agriculture au plan d'action Lima-Paris de la COP21. L'enjeu des recherches est de concevoir des systèmes agroécologiques qui à la fois promeuvent les entrées de carbone dans les sols (incorporation de matières organiques) et minimisent leurs pertes (minéralisation). Ainsi, les systèmes recherchés visent à adapter la minéralisation de la matière organique aux besoins nutritifs de la plante afin de valoriser les éléments minéraux libérés. Or, les chercheurs de l'Inra ont montré l'influence de la diversité microbienne sur la minéralisation de la matière organique.

## La biofiltration de l'eau

Les sols agricoles sont exposés à différents composés exogènes (contaminants) à l'écosystème agricole, de différentes natures (biologique, chimique ou minérale) apportés par différentes pratiques agricoles telles que l'application de pesticides et d'engrais, l'apport de matières organiques ou encore l'irrigation avec des eaux usées des cultures.

## Le devenir des pesticides dans l'environnement

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Dans les sols plusieurs processus abiotiques et biotiques participent à la biofiltration de ces contaminants contribuant non seulement à leur dissipation mais aussi à la limitation de leur dispersion dans les différents compartiments de l'environnement. Parmi les processus biotiques impliqués, la biodégradation microbienne est le processus principal assurant la transformation des pesticides dans les sols. En effet, au cours de leur évolution, les microorganismes du sol ont développé un arsenal enzymatique leur permettant de transformer de nombreux composés organiques, dont les pesticides de synthèse, en composés « filles » appelés métabolites ou de les minéraliser entièrement (dégradation complète). Selon les communautés microbiennes

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et le type de mécanismes utilisés, soit les produits issus de la transformation s'accumulent dans les sols, soit le produit phytosanitaire est complètement dégradé. Dans ce cas, le pesticide est utilisé comme source de nutriments et d'énergie pour la croissance microbienne de populations aptes à le dégrader. Des recherches sont menées pour comprendre les processus évolutifs qui sont à l'origine de l'émergence de populations microbiennes capables de dégrader complètement les pesticides dans les sols. Elles visent à caractériser les microorganismes dégradants et à identifier les gènes et enzymes microbiens impliqués dans la biodégradation afin d'optimiser le service de biofiltration des sols. L'enjeu des travaux en cours est de rechercher des systèmes agroécologiques qui minimisent l'utilisation d'intrants de synthèse et qui promeuvent la biodégradation des intrants présents dans les sols afin de préserver la qualité de l'eau.

## L'unité « Agroécologie » sur le stand de l'Inra au SIA 2017

L'unité Agroécologie étudie, au sein des agroécosystèmes, la biodiversité végétale et microbienne ainsi que leurs interactions afin de les préserver et les valoriser lors de la conception de systèmes agricoles durables et économes en intrants.

Les animations sur le stand de l'Inra illustreront l'importance des microorganismes du sol pour l'agroécologie en mettant en évidence certaines de leurs activités.

**Un film de réalité virtuelle** permettra au visiteur de s'immerger dans le monde invisible qui grouille sous nos pieds. Ce film fera un focus sur les associations à bénéfiques réciproques entre des champignons du sol et les racines de 80% des plantes : les mycorhizes à arbuscules.

Un premier module répondra à la question « **qui sont les microbes du sol ?** » en montrant comment des méthodes d'identification moléculaire permettent de décrire la biodiversité du sol.

Trois modules répondront à la question « **que font les microbes du sol ?** » :

En complément du film de réalité virtuelle, un endoscope se déplacera dans un microcosme pour visualiser comment les champignons mycorhiziens connectent les plantes entre elles formant ainsi un « internet ». Ce réseau permet aux plantes d'échanger des signaux et des nutriments.

Le visiteur pourra également observer des bactéries fluorescentes. Cette fluorescence est associée à des composés bactériens qui piègent le fer le rendant indisponible pour les champignons phytopathogènes limitant ainsi leur développement.

Enfin, la biodégradation d'un herbicide par des bactéries du sol sera visualisée sur un milieu de culture gélosé par la présence de zones translucides attestant de la disparition de l'herbicide. Le visiteur pourra également observer un système permettant de rechercher dans le sol des bactéries dégradant l'herbicide.

## Contact scientifique

Philippe Lemanceau
Tel. 03 80 69 32 40 - philippe.lemanceau@inra.fr

Unité mixte de recherche Agroécologie
Département scientifique Environnement et agrologie
Centre Inra de Dijon