Rhizosphere in space and time – challenges for designing the most relevant root traits for efficient nutrient acquisition

[début du texte]The rhizosphere, i.e. the soil volume that is influenced by the activities of living roots, has been largelydocumented for its pivotal role in plant nutrition, and thus ecological significance in terrestrial ecosystems (e.g.Hinsinger et al., 2009). The number of studies on the fate of nutrients in the rhizosphere, especiallyphosphorus amongst major nutrients, iron and zinc amongst micronutrients, has considerably increased overthe past decades, as revealed by the published literature. However, much of our understanding of theunderlying rhizosphere processes rely on microcosm experiments in more or less artificial conditions. Incontrast, we still lack comprehensive studies of the rhizosphere of field-­‐grown plants that includes both itsspatial and temporal dimensions. The aim of this keynote lecture is to address these two facets that challengeour capacity to predict plant nutrition and to manipulate such rhizosphere properties for the purpose of anecological intensification of agroecosystems

Thermodynamic modelling of P availability: the case of intercropping rhizosphere

Plants of chickpea and durum wheat were cultivated as sole-­‐crop and intercrop in a rhizobox deviceaccording to a substitutive design. Unplanted soil was used as a control treatment. The soil used was a noncarbonated Luvisol with a neutral pH. Plants were harvested at the chickpea flowering stage. The pH, Pavailability and dissolved Ca were measured in soil as extracted by water and CaCl2 (1 and 10 mM). A set ofthermodynamic models were used (i.e. CD MUSIC; Nica Donnan; ion exchange) to simulate and understandmeasured P availability variations in each treatment

Modélisation et animation de la mer en temps réel

National audienceDepuis toujours, dans le domaine de la synthèse d'images, la mer fait l'objet de nombreux travaux. Mais il est impossible de représenter tous les aspects du phénomène de la même façon. Depuis quelques années, sa simulation, dans le domaine des effets spéciaux, atteint une qualité visuelle photoréaliste. Mais la mer, malgré la place qu'elle occupe sur nore planète, est pratiquement absente du principal domaine du temps réel, les jeux vidéos. Le but de se travail est developper une méthode en temps réel d'animation et de rendu de la mer , scène relativement complexe par nature qui se prète bien 'a la recherche de techniques d'optimisations des méthodes d'animation en temps réel

Diversité et évolution du genre Fraxinus

Le genre Fraxinus comprend environ 45 espèces d’arbres et d’arbustes de zones tempérées, colonisant des habitats variés de l’hémisphère Nord. Une diversité intraspécifique et interspécifique élevée justifiait le besoin de l'estimation d'une phylogénie moléculaire permettant de mieux reconstituer et interpréter l'histoire biogéographique de ce genre d’angiospermes circumpolaires, et ce à l’échelle générique, mais aussi à l’échelle spécifique en Europe. L’étude de la diversité génétique des séquences du génome chloroplastique n’a pas permis de distinguer les différentes espèces du genre, particulièrement lorsque ces espèces étaient phylogénétiquement proches, en raison de taux de divergence particulièrement bas. Toutefois, certaines sections taxonomiques du genre ont pu être identifiées convenablement grâce à ces séquences d’ADN chloroplastique. Ces résultats montrent que l’utilisation de régions du génome chloroplastique comme code-barre moléculaire, en dépit de bons résultats dans plusieurs genres non ligneux, ne pourrait être une solution universelle pour l’estimation de la biodiversité et la reconnaissance taxonomique chez les arbres. Les efforts subséquents se sont donc portés sur l’identification et l’utilisation de régions du génome nucléaire pour l’estimation de la phylogénie du genre. Les sections précédemment décrites dans la littérature ont été retrouvées, et les espèces n’ayant pu être attribuées à un groupe taxonomique (incertae sedis) ont été assignées de manière robuste à la section Melioides. Certaines espèces de la section Melioides semblaient avoir échangé des gènes récemment ou avoir radié, formant une polytomie dans l’ensemble des jeux de données. À partir de cette phylogénie ont été inférés trois évènements de dispersions intercontinentales, deux de l’Amérique du Nord vers l’Asie, et un de l’Asie vers l’Amérique du Nord. L’évolution de la section Fraxinus, qui se retrouve principalement en Eurasie, a ensuite été étudiée et datée, afin de déterminer si des facteurs géologiques ou climatiques passés pouvaient être responsables de la structure de la diversité génétique actuellement observée. Une incongruence topologique majeure a été détectée entre les phylogénies découlant de différentes régions du génome nucléaire, mettant en évidence une évolution réticulée ancienne entre F. angustifolia et F. mandshurica. La mise en place de l’Himalaya et les changements climatiques de la fin du Tertiaire pourraient expliquer les évènements de spéciation dans la section, alors que le réchauffement climatique intervenu durant le Miocène pourrait avoir offert les conditions climatiques nécessaires au rapprochement des distributions naturelles et à l’évolution réticulée observée entre F. angustifolia et F. mandshurica. L’ensemble de nos résultats confirme le rôle important joué par l’hybridation naturelle et l’évolution réticulée ancienne, apportant un éclairage nouveau sur l’influence majeure qu’ont eu les changements environnementaux sur la mise en place de la diversité génétique et taxonomique actuelle dans le genre Fraxinus.The genus Fraxinus contains about 45 species of temperate trees and shrubs colonizing various habitats in the Northern hemisphere. A great intraspecific and interspecific diversity indicated the need to estimate a molecular phylogeny in order to reconstruct and interpret the biogeographic history of this circumpolar angiosperm tree genus, both at the generic and the specific scale in Europe. The study of cpDNA diversity did not allow to distinguish among the different species of the genus, particularly when these species were closely related, due to very low divergence rates at the nucleotide level. However, some taxonomical sections of the genus could be recognised. These results show that the use of cpDNA regions as a molecular barcode cannot be a universal answer for the estimation of forest tree biodiversity, despite the good discrimination and results obtained with herbaceous plants. Thus, subsequent efforts at estimating the phylogeny of the genus were thus directed towards nuclear regions. The sections previously described were retrieved, and species that could not be attributed to a taxonomic group (incertae sedis) were assigned with confidence to the section Melioides. Some species of the section Melioides appeared to have exchanged genes recently or having radiated, forming a polytomy in all datasets. According to this phylogeny, three dispersal events were inferred, two from North America to Asia, the last from Asia to North America. The evolution of the section Fraxinus, which is mainly found in Eurasia, was further investigated and the phylogeny dated, in order to determine associations between past geological and climatic changes and the extant genetic diversity. A major incongruence was detected between tree topologies derived from different regions of the nuclear genome, indicating ancient reticulate evolution between F. angustifolia and F. mandshurica. The Himalaya uplift and climatic changes observed during the end of Tertiary could explain the speciation events in the section, whereas the warmer climate during the Miocene could have provided favourable conditions for expanding natural ranges, favouring reticulate evolution between F. angustifolia and F. mandshurica. All these results confirm the key role of natural hybridization and ancient reticulate evolution, highlighting the major influence of environmental changes on structuring the present taxonomical and genetic diversity of the genus Fraxinus

Rhizosphere microbial community in intercropped durum wheat and faba bean as affected by phosphorus fertilizer history

The experiment was conducted in the long term P fertilizer trial of INRA research centre at Auzeville(43.5oN, 1.43oE) in south western France. The three P regimes corresponded to fertilizer levels applied since1968: P0 (no fertilization), P1 (fertilization rate to balance the mean annual P removal by crops) and P4(fertilization rate representing three-­‐ to four-­‐fold that of P1). Durum wheat and faba bean were grown aloneor as durum wheat/faba bean intercrops in this field trial. Their rhizospheres were collected at the faba beanflowering stage, as well as the corresponding bulk soils. Soil DNA and RNA were extracted in these varioussamples and qPCR was used to assess the number of gene copies of fungi, bacteria, as well as several bacterialphyla (Actinobacteria, α-­‐Proteobacteria and Firmicutes (strongly dominated with P-­‐cycling taxa)) and betapropeller phytase (BPP)

Interactions entre céréale et légumineuse en association et acquisition de phosphore du sol (processus rhizosphériques sous-jacents)

L'objectif de cette étude a été de préciser l'implication des processus rhizosphériques dans lesinteractions pour l'acquisition de phosphore (P) entre une céréale et une légumineuse enassociation. Nous avons proposé comme mécanisme de facilitation l'acidification de la rhizosphèredes espèces en association induite par la fixation de N2 de la légumineuse dans le cas de sol neutres àalcalins. Ainsi, l'étude s'est focalisée sur l'influence des changements de pH induits par les racines.Les effets de la disponibilité initiale en P du sol ainsi que de la distance entre les racines des espècesassociées ont également été testés. Les expérimentations ont été menées au champ ainsi qu'enconditions contrôlées. Le blé dur et différentes légumineuses ont été cultivés en culturemonospécifique ou en association sur un même sol pour toutes les expérimentations. Le sol neutreutilisé (Luvisol) présentait trois niveaux contrastés de fertilisation phosphatée et provenait desparcelles d'un essai de longue durée. Nous avons pu démontrer que la manipulation des interactionsrhizosphériques entre une céréale et une légumineuse en association pouvait être optimisée pourpermettre l'augmentation de la disponibilité en P dans la rhizosphère des espèces associées, etencore plus dans le cas de sols présentant une faible valeur initiale de disponibilité. Lescaractéristiques du sol ont eu un rôle clé dans la détermination des processus rhizosphériquesimpliqués. Dans notre cas, les changements de pH induits par les racines ont permis d'augmenter defaçon substantielle la disponibilité en P suite à une acidification, mais aussi à une alcalinisation de larhizosphère. Ainsi la légumineuse, mais aussi la céréale sont susceptibles de faciliter l'acquisition del'espèce associée. Les interactions relatives au pH peuvent influencer la disponibilité en P sur unedistance de plusieurs millimètres et ainsi améliorer l'acquisition de P des plantes à proximité del'espèce facilitatrice.Mots clés : culture associée, facilitation, rhizosphère, disponibilité, phosphore, pH, racineThe aim of the study was to elucidate the implication of rhizospheric processes on plant speciesinteractions for phosphorus (P) acquisition between a cereal and a legume, when intercropped. Weproposed that root-induced acidification of the rhizosphere by the intercropped legume due to N2-fixation as a mechanism of facilitation in neutral to alkaline soils. Thus, the study focused on rootinducedchanges of pH. The effects of initial soil P availability and distance between roots ofintercropped species were also tested. In order to achieve our goals, experiments in the field and incontrolled condition for several cropping devices were conducted. Durum wheat and differentlegumes were grown as sole crops and intercropped on the same soil for all the experiments. Weused a neutral soil (Luvisol) presenting three contrasted fertilization rates from the field of a longtermP fertilizer trial. We demonstrated that cereal-legume can be used to enhance P availability, andeven more so in low P soils, through managing rhizospheric interactions to optimize P acquisition ofintercropped species. Soil characteristics are also a key factor determining the influence of thoserhizospheric processes. In our studied soil root-induced changes of pH substantially enhanced Pavailability in the rhizosphere either through acidification or alkalization. Thus the legume but alsothe cereal may facilitate the acquisition of the intercropped species. Interactions involving pH canaffect P availability over distance of several millimeters and ultimately enhance P acquisition ofplants in the surrounding of the facilitative species.Key words: intercrop, facilitation, rhizosphere, availability, phosphorus, pH, rootMONTPELLIER-SupAgro La Gaillarde (341722306) / SudocSudocFranceF

Proceedings of the First SolACE Stakeholder Event

This document provides an overview of the proceedings of the first SolACE stakeholder event

Interspecific competition between entomopathogenic nematodes (Steinernema) is modified by their bacterial symbionts (Xenorhabdus)

BACKGROUND: Symbioses between invertebrates and prokaryotes are biological systems of particular interest in order to study the evolution of mutualism. The symbioses between the entomopathogenic nematodes Steinernema and their bacterial symbiont Xenorhabdus are very tractable model systems. Previous studies demonstrated (i) a highly specialized relationship between each strain of nematodes and its naturally associated bacterial strain and (ii) that mutualism plays a role in several important life history traits of each partner such as access to insect host resources, dispersal and protection against various biotic and abiotic factors. The goal of the present study was to address the question of the impact of Xenorhabdus symbionts on the progression and outcome of interspecific competition between individuals belonging to different Steinernema species. For this, we monitored experimental interspecific competition between (i) two nematode species: S. carpocapsae and S. scapterisci and (ii) their respective symbionts: X. nematophila and X. innexi within an experimental insect-host (Galleria mellonella). Three conditions of competition between nematodes were tested: (i) infection of insects with aposymbiotic IJs (i.e. without symbiont) of both species (ii) infection of insects with aposymbiotic IJs of both species in presence of variable proportion of their two Xenorhabdus symbionts and (iii) infection of insects with symbiotic IJs (i.e. naturally associated with their symbionts) of both species. RESULTS: We found that both the progression and the outcome of interspecific competition between entomopathogenic nematodes were influenced by their bacterial symbionts. Thus, the results obtained with aposymbiotic nematodes were totally opposite to those obtained with symbiotic nematodes. Moreover, the experimental introduction of different ratios of Xenorhabdus symbionts in the insect-host during competition between Steinernema modified the proportion of each species in the adults and in the global offspring. CONCLUSION: We showed that Xenorhabdus symbionts modified the competition between their Steinernema associates. This suggests that Xenorhabdus not only provides Steinernema with access to food sources but also furnishes new abilities to deal with biotic parameters such as competitors