Interactions plantes-microorganismes associées à la dynamique du fer dans la rhizosphère

par Agnès Robin

Thèse de doctorat en Écologie microbienne

Sous la direction de Philippe Lemanceau.

Soutenue en 2006

à Lyon 1 .


  • Résumé

    Le fer ferrique est un élément essentiel au métabolisme carboné et énergétique des organismes aérobies. Dans la rhizosphère, la concentration de cet ion est faible compte tenu des caractéristiques physico-chimiques des sols (pH, pO2) et des prélèvements de fer par la plante et la microflore. L'objectif de ce travail de thèse était d'évaluer l'influence de la nutrition en fer de la plante sur la microflore rhizosphérique et en retour, celle de la microflore sur la nutrition en fer de la plante. L'influence de la nutrition en fer de la plante sur la microflore rhizosphérique a été étudiée en comparant la bactérioflore associée aux racines d'un tabac sauvage à celle d'un tabac transgénique surexpresseur de ferritine (P6). La ferritine est une protéine de stockage du fer assurant son homéostasie. Les conditions expérimentales favorables à la sur-accumulation de fer chez le tabac transgénique ont été précisées. Cette sur-accumulation s'est accompagnée de la sélection par le tabac transgénique d'une microflore moins sensible à la carence en fer que celle associée au type sauvage, suggérant une diminution de la biodisponibilité en fer dans la rhizosphère correspondante. Les communautés bactériennes associées aux deux génotypes de plantes ont été comparées, à partir d'ADN extrait de l'environnement rhizosphérique. Les communautés totales ont été caractérisées par analyse automatisée du polymorphisme de taille des intergènes ribosomiques (A-RISA), et les communautés d'un groupe bactérien (Pseudomonas) par PCR-RFLP à l'aide d'amorces spécifiques. Des différences significatives de structure ont été observées entre les communautés associées au type sauvage et au tabac transgénique, ces différences étant les plus marquées pour les communautés de Pseudomonas. L'effet de la sur-accumulation de fer par le tabac transgénique sur ce groupe bactérien a été précisé en caractérisant la structure et la diversité d'une large collection (733) d'isolats de Pseudomonas spp. Fluorescents. Les populations de Pseudomonas isolées des deux génotypes de tabac ont été différenciées au niveau phénotypique (croissance en milieu carencé en fer, diversité des pyoverdines) et au niveau génotypique (Random Amplified Polymorphism DNA). Cette différentiation a été la plus marquée chez les isolats issus des tissus racinaires. Il apparaît en particulier que les populations associées au tabac transgénique surexpresseur de ferritine présentent une meilleure aptitude à se développer en milieu carencé en fer que celle associées au type sauvage. Des isolats représentatifs de la diversité des populations associées aux tissus racinaires ont été sélectionnés et testés pour leur activité antagoniste à l'encontre d'un champignon phytopathogène en milieu carencé en fer. L'activité antagoniste des isolats associés au tabac transgénique est apparue très significativement supérieure à celle des isolats issus du type sauvage. La supplémentation en fer s'est accompagnée de la suppression de la synthèse de pyoverdine et, pour certains isolats, de l'activité antagoniste, suggérant que l'antagonisme bactérien était associé à la compétition pour le fer déterminé par la pyoverdine. Pour d'autres isolats, l'activité antagoniste a été maintenue suggérant la synthèse d'antibiotiques non régulée par la concentration enfer du milieu. L'influence de la pyoverdine, produite par une souche antagoniste de champignons phytopathogènes (P. Fluorescens C7), sur la nutrition en fer d'Arabidopsis thaliana a été évaluée. La nutrition en fer des écotypes sauvage (Col et Ws), d'un mutant affecté dans le transporteur du fer IRT1 (KO IRT1) et d'un surexpresseur de ferritine (OV ferritine) a été comparée en présence de Fe-pyoverdine et de Fe-EDTA. Chez le type sauvage, la nutrition en fer et la croissance de la plante ont été significativement supérieures en présence de Fe-pyoverdine qu'en présence de FeEDTA. Ce différentiel a été exprimé avec plus d'intensité chez la plante transgénique OV ferritine mais surtout chez le mutant KO IRT1. Cette dernière observation suggère la présence d'un autre transporteur que IRT1 pour l'incorporation du fer chélaté à la pyoverdine. Le rôle de la Fe-pyoverdine a été conforté par la quantification de la pyoverdine in planta par sérologie et marquage isotopique. Au total, les résultats obtenus au cours de la thèse indiquent l'intérêt de modifier l'environnement rhizosphérique via la culture de génotypes de plantes affectés dans des phénotypes bien identifiés pour les études d'écologie microbienne. De façon plus spécifique, ils montrent le rôle de la compétition pour le fer dans la structuration des communautés bactériennes, en particulier de Pseudomonas, et en retour l'effet de sidérophore bactérien sur la nutrition en fer de la plante


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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 203 réf. bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T50/210/2006/46bis
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