Thèmes de recherche et projets

L’interaction sol-plante-microorganismes dans la rhizosphère est un processus clé qui joue un rôle primordial dans la croissance et la santé des plantes et le recyclage/stockage du carbone

1.1 Le microbiote : médiateur des interactions entre l’hôte et son environnement

Le microbiote des plantes joue un rôle clef dans la croissance et la santé des plantes. La structure et les fonctions de ce microbiote sont modulées par l’hôte et par l’environnement et contrôlent en retour leur interactions.

Nos recherches visent à étudier les interactions « hôte-microbiote-environnement abiotique » dans le cadre de pollutions anthropiques, métaux (DUNE, PRIMARy), ou de l’amélioration de la santé des plantes (ENHANCE, InSTep) et des forêts (RESTORE https://www.biodiversa.org/1874/download).

Les nanotechnologies sont une source majeure de matériaux d’avant-garde qui peuvent contribuer à la nécessaire transformation de l’agriculture dans un contexte de transition environnementale et de préservation des ressources et de l’environnement (adaptation au changement climatique, reforestation, réduction de l’usage des pesticides…).

Dans le cadre du LabEX SERENADE (Ecodesign Research and Education applied to Nanomaterials, 2012-2020), les microbiotes d’environnements terrestres et aquatiques ont été utilisés comme outil pour améliorer la connaissance des relations structure-propriétés intrinsèques/implications environnementales des nanomatériaux (MEANTime) et pour concevoir des nanomatériaux « plus sûrs par conception » (Safer-by-Design).

Nos recherches visent à comprendre comment les propriétés des nanomatériaux modulent leurs interactions avec le système plantes-sol-microbiote (ANALOGY), permettant de développer des nanotechnologies pour l’agriculture (InSTep) et la reforestation (RESTORE) par une approche de Safer-by-Design.

Notre approche intègre l’étude des représentations sociales des nanomatériaux par les professionnels de l’agriculture et de la gestion des forêts (RESO-Nano) en partenariat avec Alexandra Schleyer-Lindenmann et Nelly Pares de l’UMR ESPACE (Étude des Structures, des Processus d’Adaptation et des Changements de l’Espace).

1.2 Dialogue moléculaire plante-microbiote

Les interactions entre l’hôte et son microbiote reposent sur des moyens sophistiqués pour communiquer et coexister. Nous nous intéressons aux réseaux complexes et interconnectés de signaux et de métabolites qui modulent le dialogue entre la plante et son microbiote ainsi que celui entre les microorganismes eux-mêmes pour réguler ces interactions.

Dans le cadre du projet RootAdapt « Root traits for adaptation of pearl millet to future climate in West Africa », nous avons pour objectif d’identifier l’assemblage et le réseau écologique des populations microbiennes les plus influencées par les variations dans l’exsudation entre différentes lignées de millet perlé et la corrélation entre ces populations et des voies métaboliques spécifiques liées à la diversité des molécules exsudées par les racines.

Une meilleure compréhension de la réponse de la plante aux phytopathogènes et aux bactéries phytobénéfiques, et de la manière dont ces dernières potentialisent les réponses de défense de la plante pour contrôler les maladies est abordée par une approche RNA-Seq.

L’équipe du LEMiRE a acquis une expérience dans l’exploitation du potentiel de la diversité microbienne pour des solutions durables dans la protection des cultures contre les maladies et les ravageurs dans le cadre de projets développés avec des partenaires privés :

• Micro-organismes pour une agriculture durable (MOPAD). Agents de biocontrôle basés sur des micro-organismes pour protéger le blé tendre contre la fusariose.
• Utilisation de la diversité microbienne pour identifier les activités insecticides contre la larve de la chrysomèle des racines du maïs Diabrotica virgifera virgifera (DIETETIC). Séquençage et exploration de génomes bactériens pour le criblage in silico de molécules insecticides contre les larves de Diabrotica du maïs.

Nos travaux visent à étudier les mécanismes d’adaptation aux contraintes environnementales de deux modèles bactériens qui représentent des modalités différentes de tolérance aux stress liés à leurs habitats.

2-1 Stratégies d’adaptation des bactéries phytobénéfiques

2-2 Stratégies d’adaptation de Ramlibacter tataouinensis aux environnements extrêmes

Un cycle cellulaire sous le contrôle de la lumière, contribue à l’adaptation de Ramlibacter tataouinensis au désert et lui confère la tolérance à la dessiccation et plus largement aux conditions rencontrées dans un désert chaud et sec. R. tataouinensis est une ß-protéobactérie isolée de fragments de météorites ensablés, collectés dans la région semi-désertique de Tataouine (sud tunisien).

Cette bactérie du désert a la particularité d’altérer l’orthopyroxène, un constituant majeur de météorites. La forte tolérance de cette bactérie aux conditions extrêmes du désert, et en particulier à la dessiccation, est probablement liée au cycle cellulaire original caractérisé par la coexistence de cellules coccoïdes entourées d’un polymère protecteur (présentant toutes les caractéristiques d’un kyste résistant à la dessiccation : Ø 0,8 µm) et de cellules de type bâtonnet (Ø 0,2 x 3 µm). La mobilité des bâtonnets assure la dissémination de la population permettant la colonisation de nouvelles niches écologiques. L’exploration du génome de R. tataouinensis ainsi que des évidences expérimentales semblent indiquer l’implication de la lumière via ces deux bactériophytochromes et du régulateur du cycle circadien KaiC dans le contrôle du cycle cellulaire de cette bactérie.