Rôles adaptatifs et contraintes de la sporulation chez les microorganismes associés aux plantes : cas de la sporulation in planta dans la symbiose actinorhizienne Frankia (Frankiaceae)–Alnus (Betulaceae)

par Adrien C. Pozzi

Thèse de doctorat en Écologie évolutive microbienne

Sous la direction de Maria P Fernandez et de Frédéric Menu.

Soutenue le 18-12-2014

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation , en partenariat avec Écologie Microbienne Lyon (laboratoire) et de Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive (laboratoire) .

Le président du jury était Céline Brochier-Armanet.

Le jury était composé de Sébastien Gourbière, Fabien Halkett.

Les rapporteurs étaient Philippe de Lajudie, Christian Steinberg.


  • Résumé

    Frankia est une actinobactérie capable d'établir une symbiose racinaire avec les plantes actinorhiziennes dont le genre Alnus. Seulement certaines souches de Frankia sont capables de sporuler in planta, ce qui est illustré par la présence (Sp+) ou l'absence (Sp–) de sporanges dans les cellules végétales de la nodosité. C’est à notre connaissance un cas unique de sporulation endophyte. Cependant la description et l’interprétation écologique de ce trait d’histoire de vie (THV) original étaient incomplètes. Notre contribution à l’étude de la sporulation in planta des Frankia infectives de l’aulne intègre des approches théorique, descriptive et expérimentale, pour préciser (i) l’influence relative de la souche bactérienne, de l’espèce de la plante-hôte et des conditions pédoclimatiques sur ce THV, (ii) le rôle de la variabilité environnementale sur la distribution, la diversité et la sélection du trait, ainsi que (iii) les coûts et bénéfices associés pour les deux partenaires. Nous avons démontré pour la première fois que la sporulation in planta est un THV (i) spécifique de certaines lignées de Frankia, (ii) majeur pour en comprendre l'histoire évolutive et (iii) significativement corrélé à des caractéristiques génétiques des souches. Nous avons également confirmé que l’occurrence du trait varie selon l’environnement. Nous avons enfin établi un modèle de l'évolution du trait abordant sa valeur adaptative. L’ensemble des réflexions menées et des résultats obtenus nous permet de discuter de la sporulation in planta dans le cadre d’un continuum de stratégies symbiotiques, et plus généralement de discuter de l’écologie évolutive des symbioses entre microorganismes et plantes

  • Titre traduit

    Adaptive roles and constraints of the sporulation in plant-associated microorganisms : case of the in-planta sporulation in the actinorhizal symbiosis Frankia (Frankiaceae)–Alnus (Betulaceae)


  • Résumé

    Frankia sp. is a telluric actinobacteria able to establish a root symbiosis with actinorhizal plant such as Alnus sp. Only some Frankia strains are able to sporulate in-planta, as spores can be present in (Sp+) or absent from (Sp–) the vegetal cells of the root nodule. It is to our knowledge a unique case of endophytic sporulation. However, the description and the ecological interpretation of this original life-history trait (LHT) were scarce. Our contribution to the study of the in-planta sporulation of Alnus-infective Frankia sp. combines theoretical, descriptive and experimental approaches to precise (i) the relative effect of the bacterial strain, the host-plant species and the pedoclimatic conditions on this LHT, (ii) the effect of the of the environmental variability on the distribution, diversity and selection of the trait, and (iii) the associated costs and benefits for the two symbiotic partners. We demonstrated for the first time that the in-planta sporulation is a LHT (i) specific to some Frankia lineages, (ii) major to understand their evolutionary history and (iii) significantly correlated to particular genetic features. We also shown that the occurrence of the trait varies according to the environment We also proposed a model of the evolution of the trait taking its fitness into account. We bring all the previous considerations and results to discuss the inplanta sporulation trait within a continuum of symbiotic strategies and more generally to discuss the evolutionary ecology of plant-microbe symbioses


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