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Certaines bactéries du sol aident les plantes à lutter contre la sécheresse

Les rhizobactéries jouent un rôle important dans la vie des plantes. Une étude conduite à Montpellier montre comment elles exercent un effet protecteur contre la sécheresse, permettant de réduire la mortalité des plantes jusqu'à 50% en cas de stress hydrique sévère.

Un bras de l’automate Phénopsis, de la plateforme de phénotypage des plantes de Montpellier, permet de peser, irriguer et acquérir des images dans le visible, en infra-rouge et en fluorescence sur plus de 500 plantes dans des conditions environnementales rigoureusement contrôlées.. © Inra
Par Denis Vile - Pascale Mollier
Mis à jour le 17/03/2014
Publié le 05/03/2014

Des bactéries en contact avec les racines des plantes

Les rhizobactéries regroupées sous le terme de « bactéries promotrices de la croissance végétale » (plant growth-promoting rhizobacteria ou PGPR) suscitent un intérêt croissant en agronomie. Ces bactéries du sol sont en effet capables d’interagir avec le système racinaire des plantes et d’améliorer la productivité végétale. Dans certains cas, elles peuvent aussi augmenter la résistance des plantes à des stress biotiques et abiotiques, tels que le stress hydrique. Parmi elles, Phyllobacterium brassicacearum a été isolée de la rhizosphère du colza dans des cultures françaises et la souche STM196 s’est révélée la plus efficace pour stimuler la croissance de cette espèce cultivée.

Protection contre la sécheresse : des mécanismes coordonnés

Une approche de biologie intégrative, développée dans le Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (USC LSTM) (1), utilisant P. brassicacearum et A. thaliana, a permis d’identifier des mécanismes et des acteurs moléculaires originaux de l’interaction PGPR-plante in vitro. Grâce à l’utilisation de la plateforme de phénotypage Phénopsis (2), une analyse fine et détaillée de l’effet de P. brassicacearum STM196 sur la croissance et la physiologie d’A. thaliana a été menée dans des conditions de stress hydrique quantifiées et maîtrisées (3). Cette analyse a mis en évidence qu’un retard du développement reproducteur, chez les plantes inoculées par la souche STM196, induit une augmentation de la production de biomasse végétale, indépendamment des conditions d’irrigation. De plus, les plantes inoculées ont présenté une meilleure tolérance à un stress hydrique modéré, illustrée par un gain de biomasse de 50 %. L’inoculation par STM196 a induit une modification coordonnée des mécanismes physiologiques allant tous dans le sens d’une optimisation du prélèvement de l’eau dans le sol et une réduction des pertes d’eau par les feuilles. En effet, la présence de la bactérie a été associée à une augmentation du système racinaire, permettant une exploration plus importante du sol. STM196 a aussi induit une réduction des pertes en eau par transpiration, probablement suite à la fermeture des stomates due à une augmentation de la teneur en acide abscissique dans les feuilles (4). Des résultats en cours de valorisation montrent par ailleurs que, lors d’un stress hydrique plus sévère induisant une forte mortalité des plantes (60 %), l’inoculation par la souche STM196 a permis une amélioration remarquable de la survie (30 % de mortalité) via une meilleure tolérance à la déshydratation (5).

L’inoculation par STM196 représente ainsi une valeur ajoutée aux stratégies de résistance aux stress et de gestion des ressources intrinsèques aux plantes. Les résultats soulignent l'importance des interactions plantes-bactéries dans les réponses des plantes à la sécheresse et offrent de nouvelles voies de recherches pour améliorer la tolérance à la sécheresse dans les cultures.

Bibliographie :

(1) Kechid M. et al. 2013. The NRT2.5 and NRT2.6 genes are involved in growth promotion of Arabidopsis by the plant growth-promoting rhizobacterium (PGPR) strain Phyllobacterium brassicacearum STM196.New Phytol.,198(2): 514-524.

(2) Granier C. et al. 2006. PHENOPSIS, an automated platform for reproducible phenotyping of plant responses to soil water deficit in Arabidopsis thaliana permitted the identification of an accession with low sensitivity to soil water deficit. New Phytol,169(3): 623-635.

(3) Bresson J. et al. 2013. The PGPR strain Phyllobacterium brassicacearum STM196 induces a reproductive delay and physiological changes that result in improved drought tolerance in Arabidopsis. New Phytol.,200(2): 558-569.

(4) Pantin F. et al. 2013. Developmental riming of stomatal sensitivity to abscisic acid by leaf microclimate. Curr. Biol.,23(18): 1805–1811.

(5) Bresson J. 2013. Plant-microorganisms interactions : Implication of the rhizobacteria Phyllobacterium brassicacearum inArabidopsis thaliana responses to water deficit. Thèse de doctorat, Université Montpellier II.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Denis Vile UMR Laboratoire d’écophysiologie des plantes sous stress environnementaux (Inra-Montpellier Supagro)
Département(s) associé(s) :
Environnement et agronomie
Centre(s) associé(s) :
Occitanie-Montpellier

Référence

Bresson J, Varoquaux F, Bontpart T, Touraine B, Vile D. 2013. The PGPR strain Phyllobacterium brassicacearum STM196 induces a reproductive delay and physiological changes that result in improved drought tolerance in Arabidopsis. New Phytologist,200(2): 558-569. Publié en ligne le 4 juillet 2013.

Rhizobactéries-plantes : des apports réciproques

Les rhizobactéries sont des bactéries, symbiotiques ou non, qui présentent l’aptitude à coloniser les racines des plantes de façon intense. Le développement de ces bactéries dans l'environnement de la racine (rhizosphère) est favorisé par les exsudats racinaires libérés par la plante : substances organiques carbonées et azotées telles que des polysaccharides, des acides organiques et des protéines, qui servent de nutriments aux bactéries. Réciproquement, les rhizobactéries influencent les échanges entre la plante et le sol et ce d’autant plus que leur densité et leur activité sont élevées.
 

Des plateformes d'étude à haut débit du comportement des plantes

Le laboratoire Écophysiologie des Plantes sous Stress environnementaux de Montpellier (qui est l’une des trois unités constituant l’institut de Biologie Intégrative des Plantes) gère un ensemble de trois plateformes de phénotypage à haut débit, rassemblées sous le terme de M3P :

  • Phenodyn permet le suivi de l’allongement foliaire et de la transpiration de 450 plantes simultanément dans des conditions climatiques contrôlées
  • Phenopsis permet le suivi de la croissance de plus de 3x500 plantes d’Arabidopsis thaliana dans des conditions de teneur en eau dans le sol programmables pot à pot
  • Phenoarch permet le suivi de la croissance et de l’architecture foliaire de 1650 plantes simultanément, à un débit compatible avec la sélection génomique (qui consiste à établir des corrélations statistiques entre les séquences nucléotidiques et les caractéristiques phénotypiques des plantes)

Ces équipements permettent d'accéder et d'étudier l'expression des gènes et leurs fonctions, à différents niveaux d’organisation : de la cellule jusqu’à la plante entière et ce, dans des conditions environnementales contrôlées.