Effets des exsudats racinaires d'une plante Brassicaceae sur les microorganismes rhizophériques : influence de la production d'un glucosinolate exogène chez Arabidopsis thaliana : utilisation d'une approche par traçafe de l'ADN (DAN-SIP)

par Mélanie Bressan

Thèse de doctorat en Microbiologie moléculaire et biotechnologie

Sous la direction de Wafa Achouak.


  • Résumé

    Une caractéristique des Brassicaceae est la production de métabolites secondaires soufrés appelés les glucosinolates, hydrolysés en divers dérivés bioactifs. Ces produits d’hydrolyse présentent des effets toxiques sur de nombreux microorganismes du sol. L’objectif de cette étude est d’examiner le rôle des glucosinolates et de leurs produits d’hydrolyse en tant que facteur de sélection et de structuration des communautés microbiennes de la rhizosphère des Brassicaceae. Pour cela, nous avons développé une approche de traçage isotopique de l’ADN (DNA-SIP) pour cibler les populations microbiennes impliquées dans l’assimilation des exsudats racinaires dans la rhizosphère. Après vérification de sa construction génétique et de son phénotype, une lignée transgénique d’Arabidopsis thaliana (lignée CYP79A1) produisant un glucosinolate exogène est cultivée sur un sol naturel, sous une atmosphère enrichie en 13CO2, avec la lignée sauvage associée. Dans nos conditions de culture, les racines des plantes transgéniques présentent les modifications attendues de leur contenu en glucosinolates ainsi que d’autres modifications mineures. Au niveau du sol rhizosphérique, les produits d’hydrolyse des glucosinolates n’ont pas pu être détectés, vraisemblablement à cause de quantités trop faibles et d’une dégradation rapide de ces composés. Cependant, il existe probablement un gradient de concentration de ces métabolites depuis la racine vers le sol. Pour analyser la structure et la composition des communautés microbiennes, l’ADN total extrait du sol rhizosphérique est séparé sur gradient de densité. La structure des communautés bactérienne (alphaprotéobactéries, métaprotéobactéries, gammaprotéobactéries et acidobactéries), Archaea et fongique est analysée par PCR-DGGE. Les populations spécifiques sont caractérisées par séquençage des fragments DGGE. Dans la rhizosphère, nous avons pu mettre en évidence dans tous les taxa testés des populations microbiennes actives, utilisant spécifiquement les exsudats racinaires d’A. Thaliana comme source de carbone. La comparaison des communautés microbiennes entre les 2 types de plantes montre que la modification du contenu en glucosinolates des plantes transgéniques influence significativement les communautés microbiennes associées aux racines et des populations actives dans la rhizosphère. Les lphaprotéobactéries, en particulier les Rhizobiaceae, et la communauté fongique apparaissent comme les plus influencés par ces métabolites. Différents mécanismes, directs ou indirects, peuvent expliquer cet impact : toxicité des composés, relation de trophisme, compétition, signal spécifique. Nos résultats montrent que même une modification mineure au niveau des racines peut avoir des répercussions importantes sur les communautés microbiennes du sol. Des conséquences possibles sur des fonctions microbiennes importantes pour l’équilibre de l’écosystème restent encore à évaluer

  • Titre traduit

    Effet of Brassicaceae plant root exudates on rhizospheric microorganisms : role of the system "glucosinolate-myrosinae" : Novel DNA-SIP approach in Arabidopsis thaliana rhizosphère


  • Résumé

    A specificity of Brassicaceous plants is the production of sulphur secondary metabolites called glucosinolates that can be hydrolyzed into glucose and biocidal products. These metabolites are toxic to a wide range of microorganisms and particularly soil-borne pathogens. The aim of this study was to investigate the role of glucosinolates and their breakdown products as a factor of selection on rhizosphere microbial community associated to living Brassicaceae. We used a DNA-stable isotope probing approach to focus on the active microbial populations involved in root exudates degradation in rhizosphere is achieved. After checking its genetic construction and its phenotype, the transgenic Arabidopsis thaliana line CYP79A1, producing an exogenous glucosinolate, were grown under enriched 13CO2 atmosphere on natural soil with the wild type plant associated. In our conditions, roots of the transgenic plant line presented the expected altered profile of glucosinolates as well as other minor additional modifications compared to the wild type. In rhizospheric soil, hydrolysis products of these metabolites could not be successfully detected, probably because of very small quantities and rapid degradation. We hypothesized that a gradient of concentration of all these compounds set up from plant roots to rhizospheric soil. After harvest, to analyze the structure and composition of soil microbial community, DNA from rhizospheric soil was separated by density gradient centrifugation. Bacterial (alphaproteobacteria, betaproteobacteria, gammaproteobacteria and acidobacteria), archaeal and fungal community structure were analyzed by DGGE fingerprints of amplified 16S and 18S rRNA gene sequences. Specific populations were characterized by sequencing DGGE fragments. In rhizosphere, we pointed out for the first time several active microbial populations, in all tested taxa, which specifically used A. Thaliana root exudates as carbon source. The comparison of the structure and composition of microbial community between the 2 plant types showed that the modifications of glucosinolate content in transgenic plant significantly influenced microbial community on roots and active populations in the rhizosphere. Alphaproteobacteria, particularly Rhizobiaceae, and fungal communities were mainly impacted by these Brassicaceous metabolites, in both structure and composition. Different mechanisms, direct or indirect, could be promoted to explain this impact: compounds toxicity, trophism interaction, competition, specific signal. Our results showed that even a minor modification in plant root could have important repercussions on soil microbial communities. Possible consequences on specific microbial functions implicated in ecosystems equilibrium should be then evaluated

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  • Détails : 1 vol. (202 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.179-202

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