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Yvan Moenne Loccoz (Université de Lyon)
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Yvan Moënne-Loccoz
UMR CNRS Ecologie Microbienne, Université Lyon 1
Performance du système racinaire et inoculants microbiens:
nutrition minérale et hydrique
1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
2. Effets directs sur la nutrition minérale et hydrique de la plante
3. Effets indirects sur la nutrition minérale et hydrique de la plante
4. Vue d’ensemble
5. Verrous en amont
6. Verrous stratégie d’inoculation
7. Verrous en aval Présentation modifiée pour permettre
sa diffusion au sein de Qualiméditerranée
1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
Bactéries inoculées (vert) sur racine
Champignons mycorhiziens (Raven et al. 1999)
Qui ?
• Bactéries et champignons.
• Absents ou pas dans le sol.
• Si déjà présents, problème d’effectif ou d’efficacité (diversité microbienne).
Bactéries inoculées (vert) sur racine (Prigent-Combaret, Univ Lyon 1)
1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
Qui ?
• Bactéries et champignons.
• Absents ou pas dans le sol.
• Si déjà présents, problème d’effectif ou d’efficacité (diversité microbienne).
Quelle association avec la plante ?
• Microbes: à l’extérieur (rhizosphère) et/ou dans la racine (endophytes).
• Coopérations/symbioses, à spectres étroits ou larges.
Conditions de fonctionnement
• Stratégie écologique, co-évolution et sélection des adaptations.
• Donc, vraisemblablement:
ancien (avant la domestication),
complexe (plusieurs mécanismes),
et régulé (environnement, niveau d’intrant).
2. Effets directs sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Nutrition minérale :
• Fixation biologique de l’azote
• Solubilisation des phosphates
• Minéralisation de nutriments organiques
• Stimulation absorption racinaire
Nutrition hydrique :
• Aquaporines racinaires (expression gènes ZmPIP)
• Microstructuration de la rhizosphère par les EPS microbiens
2. Effets directs sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Nutrition hydro-minérale : développement du système racinaire
• Synthèse microbienne de phytohormones (auxines etc.) et autres signaux
• Interférence avec le métabolisme végétal de l’éthylène (activité ACC
désaminase) ; également protection contre le stress … dont stress hydrique
Maïs non inoculé Inoculation bactérie
Azospirillum
Autres types d’effets sur la plante :
• Protection vis-à-vis des pathogènes (antagonisme, ISR, etc.)
• Effets multiples sur le métabolisme
3. Effets indirects sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
CRT1
UAP154
CFN535
MBOA DIMBOA-Glc HDMBOA-Glc
N
O
O
O
OH
MeO
Glc
N
O O
Glc
OMe
MeO
O
NH
O
O
MeO
↗
↗
↗
↗
↘
↘
↘
= =
Quelle conséquence pour la nutrition hydro-minérale ?
(+ le DIMBOA est un attractant pour d’autres bactéries bénéfiques; Neal et al. 2012)
Effets sur le reste de la communauté microbienne :
• Stimulation bactérienne de la mycorhization
• Effets sur d’autres microorganismes?
Via modification de l’exsudation racinaire
Via effet sur les protozoaires (prédateurs)
Via effet sur les microorganismes phytobénéfiques indigènes (signaux)
Etc.
… impact écologique
3. Effets indirects sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Modes d’action :
• Sans doute pas tous connus. Cf. nouveaux signaux
• Souvent plusieurs types d’effets, voire plusieurs modes d’action
microbiens pour un même effet (pour l’ISR, ou pour la rhizogénèse)
Mise en place des effets phytobénéfiques :
• Différentes dynamiques de colonisation microbienne de la plante
• Différentes dynamiques d’expression (lié exsudation, etc.)
4. Vue d’ensemble
0 10 20 30 jours
Effets hormonaux
Fixation libre N Mycorhizes
Manque de connaissances scientifiques :
• Quels modes d’action ?
• Comment ces modes d’action sont-ils régulés ?
• Quelle est l’écologie des microorganismes ?
Manque d’approches intégrées :
• Prise en compte du sol et du climat
• Prise en compte des populations microbiennes bénéfiques indigènes
• Prise en compte de la plante : génétique, développement, physiologie
5. Verrous en amont
-0,02
-0,015
-0,01
-0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
-0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
a
b
b
b
b
a
ab
b
b
b
Northern Flint
European Flint
Stiff Stalk
Tropical Corn Belt Dent
PC
A 2
: 17%
PCA 1 : 20%
Importance de la génétique de la plante
La composition de la communauté bactérienne de la rhizosphère du
maïs dépend en partie du groupe génétique de maïs (Bouffaud et al. 2012)
Sélection des souches :
• Souvent empirique
Type d’inoculants :
• Utilisation de souches individuelles ou de mélanges/consortia
• Utilisation conjointe de souches et d’effecteurs
• Compatibilité, effets additifs … ou pas
6. Verrous stratégie d’inoculation
Interactions entre différents inoculants
au champ
Tém
oin
… c’est vite complexe
Walker et al. 2012
Développement racinaire maïs
Conditions d’utilisation :
• Mode de préparation de la biomasse microbienne + formulation
• Mode d’apport, techno-semence
• Mesures d’accompagnement (pratiques culturales) : réaliste ?
• Fertilité du sol et niveau des intrants (matières fertilisantes, eau)
6. Verrous stratégie d’inoculation
Outils de suivi de l’inoculant :
• Survie au champ
• Physiologie et expression génique
Outils de suivi des effets de l’inoculation :
• Interactions avec les populations indigènes
• Réactions physiologiques de la plante
7. Verrous en aval