Adaptation de la symbiose Fabacées-rhizobium aux sites miniers : absorption du zinc par Anthyllis vulneraria et analyse de la diversité des bactéries symbiotiques d'Hedysarum coronarium

par Souhir Soussou

Thèse de doctorat en Microbiologie/Parasitologie

Sous la direction de Jean-Claude Cleyet-Marel et de Hamadi Boussetta.

Le jury était composé de Patrick Tailliez, Mohamed Banni, Brigitte Brunel.

Les rapporteurs étaient Chedly Abdelly, René Bally.


  • Résumé

    Les fortes teneurs en éléments traces métalliques (ETMs) présents dans les déblais miniers entraînent généralement une forte réduction de la diversité végétale et microbienne. Selon les caractéristiques physico-chimiques des sols, la nature des métaux, leur concentration et leur spéciation, seules certaines espèces végétales et microbiennes ont développé des mécanismes particuliers et se sont adaptées à la présence d'ETMs. C'est le cas d'Anthyllis vulneraria et d'Hedysarum coronarium, deux Fabacées qui sont présentes sur d'anciennes mines de Zn/ Pb respectivement au sud de la France et au nord de la Tunisie. L'étude de l'absorption du Zn chez quatre sous-espèces d'A. vulneraria a montré que seule la sous-espèce carpatica présente sur l'ancienne mine Zn/Pb des Avinières, peut croître en présence de teneurs élevées en Zn et accumule des quantités élevées de ce métal sans montrer de symptômes de toxicité. Les données obtenues ont révélé qu'A. vulneraria sous espèce carpatica est une plante hypertolérante et accumulatrice de Zn. L'inoculation d'A. vulneraria avec ses bactéries symbiotiques fixatrices d'azote, Mesorhizobium metallidurans STM2683 (souche métallicole) et Mesorhizobium sp. STM2682 (souche non métallicole), a induit une diminution très significative de la teneur en Zn dans la plante. Par contre, seule la souche métallicole a montré un effet protecteur vis-à-vis des sous espèces sensibles d'A. vulneraria lorsque celles-ci sont exposées à une concentration modérée en Zn. La diversité phylogénétique et phénotypique des bactéries symbiotiques fixatrices d'azote associées à H. coronarium isolées du substrat de l'ancienne mine de Zn/Pb de Fej El Hdoum et du sol d'une parcelle agricole à El Krib a mis en évidence (i) l'appartenance de tous les isolats étudiés au genre Rhizobium, (ii) l'existence de différents niveaux de tolérance au Cd et l'absence de tolérance au Zn pour les isolats issus du substrat de Fej El Hdoum (iii) le lien étroit entre la présence de la plante hôte, H. coronarium et de sa bactérie symbiotique fixatrice d'azote sur un site donné. Ainsi, compte tenu des contraintes imposées par la présence des ETMs, l'utilisation de Fabacées en première séquence de végétation pour favoriser l'entrée d'azote et faciliter l'installation d'une couverture végétale stable et pérenne à même de phytostabliser les déblais miniers, rend indispensable la sélection des associations les mieux adaptées aux conditions environnementales locales.

  • Titre traduit

    Fabaceae-rhizobium symbiosis adaptation to mine sites : zinc absorption by Anthyllis vulneraria and diversity analysis of Hedysarum coronarium symbiotic bacteria


  • Résumé

    High contents of trace metals present in waste rock mining causes a significant reduction in plant and microbial diversity. According to soil physico-chemical characteristics, metal nature, concentration and speciation, only some plant and strain species have developed specific mechanisms to cope with trace metal toxicity. This is the case of Anthyllis vulneraria and Hedysarum coronarium, two Fabaceae that are present on Zn / Pb ancient mines respectively in southern France and northern Tunisia. The Zn absorption study in four subspecies of A. vulneraria showed that only the carpatica subspecies, present on the Zn / Pb ancient mine of Les Avinières, can grow with high Zn concentrations and accumulate high levels of this metal without showing toxicity symptoms. Thus, A. vulneraria subsp. carpatica should be considered as a Zn-hypertolerant and accumulator plant. Inoculation of A. vulneraria with a nitrogen-fixing symbiotic bacterium, Mesorhizobium metallidurans STM2683 (metallicolous strain) or Mesorhizobium sp. STM2682 (non- metallicolous strain), induced a significant decrease of Zn content in the plant. However, only the metallicolous strain showed a protective effect for sensitive A. vulneraria subspecies when symbiotic plants were exposed to a moderate Zn concentration. Phenotypic and phylogenetic diversity of nitrogen-fixing symbiotic bacteria associated with H. coronarium isolated from the Zn / Pb ancient mine of Fej El Hdoum and an agricultural parcel of El Krib highlighted (i) that all studied isolates belong to the genus of Rhizobium, (ii) the existence of different Cd tolerance levels and the absence of Zn tolerance for isolates from the Fej El Hdoum substrate (iii) the close link between the presence of the host plant, H. coronarium and their symbiotic nitrogen-fixing bacteria on a given site. Thus, given the constraints imposed by heavy metals, the use of Fabaceae in a first sequence of vegetation to promote nitrogen entrance and facilitate the installation of a sustainable plant cover able to phytostabilise waste rock mining, necessitates the selection of the best adapted associations to local environmental conditions.


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