Équipe PMB : Ecologie et génétique des interactions Plante(s) - Microbiotes - Bioagresseurs

Contexte et enjeux

Les pertes dues aux agents pathogènes constituent une menace pour la production agricole. L'un des défis actuels de l'agriculture est de réduire l'utilisation de pesticides et de produits agrochimiques non respectueux de l'environnement, notamment en développant des solutions agroécologiques et en les combinant à la résistance variétale pour préserver la santé des plantes. Des résultats prometteurs montrent que la diversité inexploitée du microbiote du sol peut influencer la tolérance/résistance des plantes à des ravageurs. Il est admis que les communautés d’organismes associées aux plantes (microbiote, nématofaune) contribuent au phénotype étendu (santé et performance) de la plante. Ce changement de paradigme implique d'exploiter toute la biodiversité du sol et d’identifier les facteurs impliqués dans l'assemblage des communautés et les réseaux écologiques du réservoir de biodiversité microbienne du sol.

Cependant, nous comprenons encore mal comment les interactions complexes tripartites entre les plantes, les parasites des racines et les microbiotes associés aux plantes déterminent le développement des maladies. Il est donc nécessaire de produire des connaissances sur les interactions entre plante cultivée, communautés associées et bioagresseurs pour mieux comprendre ces interactions et les mobiliser en santé des cultures.

Objectifs : 

Les deux objectifs de l’équipe sont de :

1. Décrire et comprendre la diversité des assemblages des communautés microbiennes et des communautés de nématodes associées aux plantes, et les traits fonctionnels modulant la résistance directe et/ou indirecte des plantes à différents bioagresseurs telluriques ;
2. Identifier puis valider les bases génétiques des interactions plantes - microbiote en relation avec la santé des plantes et l’adaptation des bioagresseurs telluriques à la résistance variétale.

Pour répondre à ces objectifs, l’équipe développe une démarche interdisciplinaire pour identifier des traits impliqués dans les interactions tripartites et les processus évolutifs de ces interactions.

Le projet de recherche de l’équipe est organisé en trois axes thématiques interconnectés :

 Axe1 - Analyse des règles d’assemblage et des réseaux d’interactions des communautés rhizosphériques associées aux plantes

Il s’agit de décrire et comprendre les assemblages de communautés du sol et de la rhizosphère et les réseaux d'interaction au sein de la diversité du microbiote et des nématodes. Les facteurs qui régissent ces interactions dans différentes conditions pédoclimatiques et différentes pratiques agronomiques (rotation des cultures, diversité et diversification des cultures, gestion des sols) et leurs conséquences sur l'adaptation des plantes à différents stress biotiques (champignons, protistes, nématodes et insectes) sont étudiés.

L’étude de la dynamique spatiale et temporelle de cette diversité a pour but de comprendre les facteurs impliqués dans le « Microbial Associated Phenotype » en relation avec la modulation du phénotype de résistance des plantes (régulations biologiques et/ou modulation de l'immunité des plantes par exemple).

^{Effet de la diversité microbienne du sol sur la réponse de la plante à différents bioagresseurs.
D0, sol de haute diversité microbienne, D3, sol de moyenne diversité microbienne, D6, sol de faible diversité microbienne.}

Axe2 - Analyses fonctionnelles des interactions bénéfiques et délétères

Dans cet axe d’écologie fonctionnelle des interactions, il s’agit (i) d’identifier les gènes et les métabolites (du microbiote, de la plante et/ou du bioagresseur) impliqués dans la modulation du dialogue tripartite, (ii) de valider le rôle fonctionnel de ces gènes et métabolites, et (iii) d’identifier la signalisation chimique entre ces différents facteurs. Nous nous intéressons au réseau fonctionnel (incluant les métabolites et les ARNm) impliqué dans le dialogue plante - microbiote - bioagresseur afin d'identifier les espèces actives et les fonctions microbiennes conférant la résistance des plantes et limitant le développement des bioagresseurs. Ces connaissances ont pour but de contribuer au développement de futurs moyens de biocontrôle basés sur l'identification des espèces et des fonctions du microbiote qui modifient la perception des signaux exsudés par la plante et/ou le dialogue plante-pathogène.

Axe3 – Co-adaptation / co-évolution des interactions dans un contexte d’holobionte

Les processus adaptatifs et sélectifs à l'origine de la coévolution entre plante – microbiote - bioagresseur sont étudiés via l’identification des loci de la plante, du microbiote et du bioagresseur qui sont sous sélection. L'individualisation de ces loci est un pas en avant dans la sélection de nouveaux génotypes de plantes présentant des caractéristiques de résistance durable et capables d'interagir positivement avec les communautés microbiennes du sol. Des approches d’évolution expérimentale en conditions contrôlées sont menées pour identifier à la fois les loci de la plante et ceux du microbiote présentant des traces de sélection et modulant la résistance de l'hôte aux bioagresseurs. Comme les populations de ravageurs évoluent également en fonction des réponses de l'hôte, des évolutions expérimentales dans lesquelles ces populations - montrant un degré différent de virulence - sont suivies pendant plusieurs cycles successifs sous des diversités contrastées de microbiote.

^{Signaux GEA partagés entre les descripteurs de la communauté végétale et les facteurs}

Pour les différentes études de co-évolution, la diversité du microbiote est reconstruite en utilisant des communautés synthétiques obtenues par culturomique à partir de communautés natives.

Les 3 axes permettront d’identifier des outils innovants, comme des consortia élites de microbes, des gènes, des fonctions ou encore des métabolites modulant les interactions plante / microbiote / bioagresseur.

Compétences et expertises

L'équipe PMB rassemble un effectif multidisciplinaire de chercheurs (5 chercheurs et 4 ingénieurs) et de personnel technique (9 permanents) ayant une expertise complémentaire en écologie des sols, étude des interactions plantes-microbiotes, nématologie, génomique des populations, métagénomique des communautés, métabolomique, (méta)transcriptomique, biologie moléculaire, microbiologie (culturomique), bioanalyses, bioinformatique, biostatistique, instrumentation, suivi mesures physiques, IoT.

L’équipe a les compétences pour mettre en place des approches in situ et des approches expérimentales, ainsi que des d’approches ‘méta’ et ‘communautés synthétiques’ permettant de répondre à nos trois axes.