Réponse du peuplier et de ses communautés microbiennes rhizosphériques et endophytes exposés au phénanthrène

L'auteur a souhaité limiter l'accès aux membres de l'Enseignement supérieur français jusqu'au 31 mars 2026.Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants in soils. Their removal can be performed by plants and associated microbial communities (phytoremediation assisted by microorganisms). Although PAHs can be taken up and transferred in plant tissues, the role of endophytes in PAH-biodegradation and mitigation of PAH-toxicity has been underestimated at the expense of rhizospheric microorganisms that have been extensively studied. In this context, it is necessary to evaluate the response of both the plant and its associated microbiome to the presence of PAHs to better understand the overall impact of soil contamination. The response of Populus x canadensis to a gradient of eight concentrations of phenanthrene (PHE), a model 3-cycles PAH was investigated using complementary strategies combining transcriptome analysis (using both differentially expressed genes (DEGs) and DRomics tools), oxidative stress enzyme quantification and plant growth monitoring. Plant biomass decreased along the gradient. Ethylene pathway but also phenylpropanoid/flavonoid biosynthesis were triggered in a PHE concentration dependent manner. Poplar response to oxidative stress was highlighted both at the transcript and enzymatic levels. Moreover, high PHE concentrations impaired plant defenses against biotic stressors in roots while photosynthetic activity was elicited. Then, we investigated the impact of the PHE gradient on both rhizospheric and endophytic microbial communities by Illumina MiSeq sequencing. PAH contamination modified both bacterial and fungal community structures in soil while only fungal communities were impacted in roots. The relative abundance of many taxa decreased in the presence of PHE. The exploration of bacterial functions linked to biogeochemical cycles revealed that several functions such organic matter degradation was negatively impacted by PHE. Conversely, potential PAH-degraders were favoured in the soil exposed to this contaminant. Finally, the potential of endophytes to mitigate plant stress mediated by PHE was investigated. Fungal and bacterial endophytic isolates were retrieved from poplar roots grown in PHE contaminated soil. Their ability to promote plant growth and tolerate/biodegrade PHE was evidenced in vitro and the most interesting isolates were re-inoculated to poplar. Among the different combinations tested, a bacterial-fungal consortium appeared as a promising candidate for phytoremediation perspectives. Overall, the use of a unique approach associating a contamination gradient and multi-omics, highlighted the impact of a PHE contamination on poplar physiology and its associated microbial communities. This work is the first to investigate plant-microbial responses to PAH contamination using a plant commonly used in phytoremediation and an aged contaminated soil with adapted microbial communities.Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants dans les sols dont l'élimination peut être effectuée par les plantes et les communautés microbiennes associées (phytoremédiation). Bien que les HAP puissent être absorbés et transportés dans les tissus végétaux, le rôle potentiel des endophytes dans la biodégradation des HAP et l'atténuation de leur toxicité a été sous-estimé au détriment des microorganismes rhizosphériques qui ont été largement étudiés. Dans ce contexte, il semble nécessaire d'évaluer la réponse de la plante et de son microbiome à la présence de HAP pour mieux comprendre l'impact global de la contamination du sol. La réponse du peuplier (Populus x canadensis) à un gradient de huit concentrations de phénanthrène (PHE), un HAP modèle à 3-cycles, a été étudiée en utilisant des stratégies complémentaires combinant l'analyse du transcriptome (par 2 approches : expression différentielle des gènes (DEGs) et utilisation de l'outil DRomics), des mesures d'activités enzymatiques en réponse au stress oxydatif et le suivi de la croissance des plantes. La biomasse des plantes était de plus en plus faible le long du gradient. La voie de l'éthylène mais aussi la biosynthèse des phénylpropanoïdes/flavonoïdes ont été stimulées par la présence de PHE. Les taux de transcrits et les niveaux d'activités de plusieurs gènes/enzymes impliqués dans la réponse au stress oxydatif ont également été stimulés. De plus, une concentration élevée de PHE altérait l'expression de gènes de défenses contre les stress biotiques dans les racines, tandis que l'activité photosynthétique était accrue. Ensuite, nous avons étudié l'impact du gradient de PHE sur les communautés microbiennes rhizosphériques et endophytiques par séquençage Illumina MiSeq. La contamination par les HAP a modifié les structures des communautés bactériennes et fongiques dans le sol alors que seules les communautés fongiques ont été impactées dans les racines. L'abondance relative de nombreux taxons a diminué en présence de HAP. L'exploration des fonctions bactériennes liées aux cycles biogéochimiques a révélé que plusieurs fonctions telles que la dégradation de la matière organique étaient négativement impactées par le PHE. A l'inverse, les dégradeurs potentiels de HAP ont été favorisés dans le sol exposé à ce contaminant. Enfin, le potentiel des endophytes pour atténuer le stress des plantes induit par le PHE a été étudié. Des isolats endophytes fongiques et bactériens ont été obtenus à partir de racines de peupliers cultivés dans un sol contaminé par le PHE. Leur capacité à promouvoir la croissance des plantes et à tolérer/biodégrader le PHE a été mise en évidence in vitro et les isolats les plus intéressants ont été réinoculés au peuplier. Parmi les différentes combinaisons testées, un consortium bactérien-fongique est apparu comme un candidat prometteur pour des perspectives de phytoremédiation. Globalement, l'utilisation d'une approche unique associant un gradient de contamination et des outils omiques, a permis de mettre en évidence l'impact d'une contamination par le PHE sur la physiologie du peuplier et ses communautés microbiennes associées. Ce travail est le premier à étudier les réponses couplées d'une plante avec ses microorganismes associés à la contamination par les HAP en utilisant une plante couramment utilisée en phytoremédiation et un sol présentant une contamination historique avec des communautés microbiennes adaptées

Caractérisation de l’activité anti-Salmonella d’isolats laitiers du genre Aerococcus

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Response of Populus canadensis and associated fungal endophytic communities to PAH contamination gradient

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Taxonomic and functional responses of soil and root bacterial communities associated with poplar exposed to a contamination gradient of phenanthrene

International audienceAbstract Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination of industrial wasteland soils affects microbial diversity, but little is known about the dose–response effects of such contaminants on taxonomic and functional diversities of rhizospheric and plant endophytic bacteria. This study focused on the response of soil and root bacterial communities associated to poplar grown in a contamination gradient of phenanthrene (PHE). It was hypothesized that the increase in contamination would modify gradually the bacterial diversity and functions. The effects of the PHE contamination were limited to soil communities and did not affect the poplar root endophytome where Streptomyces and Cutibacterium were the most abundant genera. Along the PHE gradient, alpha-diversity indices decreased and the community structure of soil bacteria at the taxonomic level shifted. The abundance of genes involved in PAH-degradation pathways and the relative proportion of certain microbial taxa such as Polaromonas, Sphingopyxis, Peredibacter, Phenylobacterium, Ramlibacter, Sphingomonas, and Pseudomonas, often described as potential PAH biodegraders, increased with the PHE concentration in the soil community. Conversely, the contamination negatively impacted other taxa like Nocardioides, Streptomyces, Gaiella, Solirubrobacter, Bradyrhizobium, and Nitrospira. Functional inference and enzymatic activity measurements revealed that some bacterial functions related to carbon, nitrogen and phosphorus cycles were modified in soil throughout the PHE gradient. This study allowed a deeper understanding of the complex plant–bacteria interactions in the case of soil PAH contamination and the potential impact on soil functioning

Response of poplar and associated endophytic communities to a phenanthrene contamination gradient

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Response of Poplar and Associated Fungal Endophytic Communities to a PAH Contamination Gradient

International audienceMicrobial populations associated to poplar are well described in non-contaminated and metal-contaminated environments but more poorly in the context of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination. This study aimed to understand how a gradient of phenanthrene (PHE) contamination affects poplar growth and the fungal microbiome in both soil and plant endosphere (roots, stems and leaves). Plant growth and fitness parameters indicated that the growth of Populus canadensis was impaired when PHE concentration increased above 400 mg kg−1. Values of alpha-diversity indicators of fungal diversity and richness were not affected by the PHE gradient. The PHE contamination had a stronger impact on the fungal community composition in the soil and root compartments compared to that of the aboveground organs. Most of the indicator species whose relative abundance was correlated with PHE contamination decreased along the gradient indicating a toxic effect of PHE on these fungal OTUs (Operational Taxonomic Units). However, the relative abundance of some OTUs such as Cadophora, Alternaria and Aspergillus, potentially linked to PHE degradation or being plant-beneficial taxa, increased along the gradient. Finally, this study allowed a deeper understanding of the dual response of plant and fungal communities in the case of a soil PAH contamination gradient leading to new perspectives on fungal assisted phytoremediation

Use of metaproteomics for the taxonomical and functional analysis of poplar rootsand endophytes.

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Use of metaproteomics for the taxonomical and functional analysis of poplar rootsand endophytes.

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Impact of a PAH contamination gradient on microbial communities associated with Populus canadensis

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Impact of a PAH contamination gradient on microbial communities associated with Populus canadensis

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