Bacillus subtilis and Bacillus velezensis population dynamic and quantification of spores after inoculation on ornamental plants

Abstract: Bacillus subtilis and Bacillus velezensis are used in organic agriculture as an alternative to chemical pesticides to fight against phytopathogen organisms. These Gram-positive soil-dwelling bacteria are able to resist harsh conditions and survive by differentiating into endospores. Few studies have examined how bacterial populations change on plants over time, and if they remain active or enter a dormant state. Nonetheless, these characteristics are strikingly important to determine the usage of B. subtilis and B. velezensis and their efficacy in environmental conditions. Here, we investigate the population dynamic on plants of B. subtilis NCIB3610 and B. velezensis QST713 when applied as spores on different ornamental plants. We report that on all plants studied (Echinacea purpurea cv. Salsa red, Echinacea purpurea cv. Fatal attraction and Lavandula angustifolia cv. Hidecote blue) spores rapidly germinated and colonized the rhizoplane, maintaining a relatively low proportion of spores in the population over time, whereas bacterial population on leaves rapidly declined. Bacteria in the surrounding soil did not germinate and persisted as spores. Taken together, these results suggest that only cells found at the rhizosphere remain metabolically active to allow the formation of a lasting relationship with the plant, making possible beneficial effects from the inoculated bacteria.Bacillus subtilis et Bacillus velezensis sont utilisées en agriculture biologique comme alternative aux pesticides chimiques. Ces bactéries Gram-positives vivant dans le sol sont capables de résister à des conditions difficiles et de survivre en se différenciant en endospores. Peu d'études ont examiné comment les bactéries persistent sur les plantes, si elles demeurent actives ou entrent en dormance. Néanmoins, ces caractéristiques sont importantes pour déterminer leur utilisation et leur efficacité dans des conditions environnementales. Nous avons étudié la dynamique de population de B. subtilis NCIB3610 et de B. velezensis QST713 lorsqu'appliquées comme spores sur différentes plantes ornementales. Nous montrons que sur toutes les plantes étudiées (Echinacea purpurea cv. Salsa red, Echinacea purpurea cv. Fatal attraction et Lavandula angustifolia cv. Hidecote blue) les spores ont rapidement germées et colonisées la rhizoplane, maintenant une proportion relativement faible de spores dans la population, alors que la population sur les feuilles a rapidement diminué. Les bactéries présentes dans le sol environnant n'ont pas germé et ont persisté sous forme de spores. Ces résultats suggèrent que seules les bactéries trouvées au niveau des racines restent métaboliquement actives pour permettre la formation d'une relation durable avec la plante, rendant possible les effets bénéfiques des bactéries inoculées

L’implication de la surfactine dans la formation de biofilm en association avec les racines de plantes chez Bacillus subtilis

À l’état naturel, il existe des assemblages microbiens très complexes associés aux plantes et constituant le microbiote végétal. Notamment, la portion de sol entourant les racines, la rhizosphère, est une niche abritant une grande variété de microorganismes en raison de l’environnement particulièrement riche en nutriments créé par la sécrétion d’exsudats racinaires. Certaines rhizobactéries, les PGPR (plant growth-promoting rhizobacteria), dont Bacillus subtilis, possèdent des caractéristiques permettant d'améliorer la croissance des plantes, directement ou indirectement. Afin de maintenir sa relation étroite avec la plante de façon durable, B. subtilis colonise la rhizosphère de façon efficace par la formation d’un biofilm, une communauté multicellulaire produisant une matrice extracellulaire adhérente, qui permet de maximiser son interaction avec les tissus végétaux et persister auprès des racines. La dynamique entre l’hôte et la bactérie est particulièrement complexe puisque chacun influence l’ensemble de la communauté. Pour la plante, les exsudats racinaires sont un excellent moyen de communication avec les microorganismes de la rhizosphère. Ils peuvent moduler la composition de la communauté en favorisant certains organismes bénéfiques comme B. subtilis et induire le déplacement des bactéries vers la racine permettant d’établir les premières étapes de la colonisation. De plus, des polysaccharides présents à la paroi végétale sont connus comme induisant la formation du biofilm ainsi que la production d’un lipopeptide non-ribosomal, la surfactine. Cette molécule est connue pour ses effets sur la santé de la plante, mais aussi comme molécule signal chez la bactérie, notamment étant impliquée dans la formation de biofilm. Malgré les multiples études sur la surfactine, il reste beaucoup à comprendre sur son implication dans la relation avec la plante. Cette étude permet de préciser certaines interactions entre B. subtilis NCIB 3610 et la plante Arabidopsis thaliana. L’utilisation d’un rapporteur transcriptionnel de l’opéron responsable de la synthèse de surfactine lors de la formation d’un biofilm en présence de polysaccharides de plantes a permis d’observer une viii induction de la transcription par la pectine. Par ailleurs, l’implication de la surfactine de B. subtilis dans la formation de biofilm, particulièrement en relation avec la plante, a été étudiée par la construction d’un nouveau mutant incapable de synthétiser la surfactine. Selon trois modèles d’étude de la formation du biofilm (les colonies rugueuses sur milieu solide, les pellicules et les biofilms à la surface de racines de plantes) il a été montré que la présence de la surfactine n’est pas essentielle à la formation de biofilm et n’aurait ainsi pas d’impact sur la colonisation des racines. Ces résultats montrent que l’effet positif de la surfactine sur la plante ne se fait pas via la formation du biofilm