Contribution to the research of microbial and RedOx bio-indicators for the early characterisation of grapevine trunk diseases

Les maladies du bois de la vigne, liées à des champignons pathogènes dont le mécanisme d’action est encore mal caractérisé, sont responsables de dépérissements dans les vignobles du monde entier, occasionnant des pertes de productivité et de rendement importantes dans la filière viticole. Devant le manque actuel de solutions efficaces pour enrayer la mise en place de la maladie puis le développement des symptômes, irréversibles mais souvent tardifs par rapport à l’infection pathogène, un diagnostic précoce de ces maladies est indispensable. Considérant l’holobionte vigne, c’est-à-dire le cep et le microbiote avec lequel il interagit, nous faisons l’hypothèse que des bio-indicateurs précoces de la maladie permettraient d’identifier une perturbation de l’homéostasie entraînant un déséquilibre fonctionnel préexistant à l’apparition des symptômes. Ici, ces bio-indicateurs potentiels seraient liés (i) au dysfonctionnement du métabolisme RedOx et (ii) à des modifications de composition microbienne (bactéries, champignons) du microbiote de l’holobionte vigne. Ainsi, dans cette étude, les échantillons de vigne (feuilles, rameaux, bois du greffon et racines) ainsi que du sol ont été prélevés dans des expériences menées : (i) en conditions contrôlées via un modèle d’infection avec l’un des pathogènes responsables des dépérissements à Botryosphaeria, (ii) au vignoble sur des ceps atteints d’Esca. L’analyse des résultats montre que les marqueurs microbiens et du métabolisme RedOx testés sont, en l’état, difficilement exploitable et probablement inadaptés à une détection précoce des maladies du bois étudiées.Grapevine trunk diseases, linked to pathogenic fungi whose mechanism of action is still poorly characterised, are responsible for grapevine decline in vineyards throughout the world, causing significant losses in productivity and yield in the wine sector. Given the current lack of effective solutions to stop the establishment of the disease and the development of symptoms, which are irreversible but often late in relation to the pathogenic infection, early diagnosis of these diseases is essential. Considering the grapevine holobiont, i.e. the grapevine and the microbiota interacting with, we hypothesise that early bio-indicators of diseases would make it possible to identify a disturbance in homeostasis leading to a functional imbalance pre-existing the appearance of symptoms. Here, these potential bio-indicators would be linked to (i) the dysfunction of RedOx metabolism and (ii) changes in the microbial composition (bacteria, fungi) of the grapevine holobiont microbiota. Thus, in this study, grapevine samples (leaves, shoots, grafted wood and roots) as well as soil samples were collected in experiments conducted: (i) under controlled conditions via an infection model with one of the pathogens responsible for Botryosphaeria dieback, (ii) in the vineyard on grapevines affected by Esca. Analysis of the results shows that the microbial and RedOx metabolism markers we tested are, as they stand, difficult to use and probably unsuitable for early detection of the grapevine trunk diseases studied

Contribution à la recherche de bio-indicateurs microbiens et RedOx pour la caractérisation précoce de maladies du bois de la vigne

Grapevine trunk diseases, linked to pathogenic fungi whose mechanism of action is still poorly characterised, are responsible for grapevine decline in vineyards throughout the world, causing significant losses in productivity and yield in the wine sector. Given the current lack of effective solutions to stop the establishment of the disease and the development of symptoms, which are irreversible but often late in relation to the pathogenic infection, early diagnosis of these diseases is essential. Considering the grapevine holobiont, i.e. the grapevine and the microbiota interacting with, we hypothesise that early bio-indicators of diseases would make it possible to identify a disturbance in homeostasis leading to a functional imbalance pre-existing the appearance of symptoms. Here, these potential bio-indicators would be linked to (i) the dysfunction of RedOx metabolism and (ii) changes in the microbial composition (bacteria, fungi) of the grapevine holobiont microbiota. Thus, in this study, grapevine samples (leaves, shoots, grafted wood and roots) as well as soil samples were collected in experiments conducted: (i) under controlled conditions via an infection model with one of the pathogens responsible for Botryosphaeria dieback, (ii) in the vineyard on grapevines affected by Esca. Analysis of the results shows that the microbial and RedOx metabolism markers we tested are, as they stand, difficult to use and probably unsuitable for early detection of the grapevine trunk diseases studied.Les maladies du bois de la vigne, liées à des champignons pathogènes dont le mécanisme d’action est encore mal caractérisé, sont responsables de dépérissements dans les vignobles du monde entier, occasionnant des pertes de productivité et de rendement importantes dans la filière viticole. Devant le manque actuel de solutions efficaces pour enrayer la mise en place de la maladie puis le développement des symptômes, irréversibles mais souvent tardifs par rapport à l’infection pathogène, un diagnostic précoce de ces maladies est indispensable. Considérant l’holobionte vigne, c’est-à-dire le cep et le microbiote avec lequel il interagit, nous faisons l’hypothèse que des bio-indicateurs précoces de la maladie permettraient d’identifier une perturbation de l’homéostasie entraînant un déséquilibre fonctionnel préexistant à l’apparition des symptômes. Ici, ces bio-indicateurs potentiels seraient liés (i) au dysfonctionnement du métabolisme RedOx et (ii) à des modifications de composition microbienne (bactéries, champignons) du microbiote de l’holobionte vigne. Ainsi, dans cette étude, les échantillons de vigne (feuilles, rameaux, bois du greffon et racines) ainsi que du sol ont été prélevés dans des expériences menées : (i) en conditions contrôlées via un modèle d’infection avec l’un des pathogènes responsables des dépérissements à Botryosphaeria, (ii) au vignoble sur des ceps atteints d’Esca. L’analyse des résultats montre que les marqueurs microbiens et du métabolisme RedOx testés sont, en l’état, difficilement exploitable et probablement inadaptés à une détection précoce des maladies du bois étudiées

Effet de l'Esca sur l'holobionte vigne : un focus sur les champignons mycorhiziens à arbuscules.

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L’holobionte vigne, un levier biologique pour lutter contre les dépérissements ?

National audienceLe concept d’organisme pluricellulaire isolé montre actuellement ses limites. En effet, unorganisme interagit avec différentes communautés microbiennes (constituant son microbiote)qui modulent ses propriétés, telles que sa physiologie (ex. réponse à une attaque pathogène).L’association hôte-microorganismes définit un holobionte, dont le fonctionnement est influencépar la dynamique spatio-temporelle de leurs interactions. Ainsi, un dysfonctionnement del’holobionte vigne (par exemple lié à des pratiques culturales inadaptées ou aux changementsclimatiques) pourrait entraîner le développement de maladies ou de désordres physiologiques,sources de dépérissements, de la même manière que l’altération du microbiote observée danscertaines maladies humaines (ex. maladies coeliaques). L’analyse des communautés demicroorganismes associées à un végétal a été jusque récemment limitée, car la plupart desmicroorganismes n’est pas isolable et cultivable in vitro. De nouvelles techniques (nommées -omics) permettent dorénavant de définir les caractéristiques taxonomiques et fonctionnelles (ex.génome, métabolome et protéome) du microbiote total (bactéries/champignons cultivables ounon) associé à une plante. Dans le cadre du projet Holoviti, nous cherchons à caractériser lerôle des microbiotes dans l’homéostasie de la vigne en comparant l’holobionte de ceps sains etaffectés par un dépérissement (Esca, court-noué ou lié au 161-49C). L’un de nos objectifs estde définir des bio-indicateurs taxonomiques et fonctionnels (végétaux et microbiens) de l’étatsanitaire de l’hôte. À terme, la « manipulation » de la composante microbienne de l’holobiontepourrait permettre d’améliorer les services écosystémiques qu’il remplit, comme la résistanceà des agents pathogènes ou à des stress abiotiques

L'holobionte vigne, un levier biologique pour lutter contre les dépérissements ?

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Woody Plant Declines. What’s Wrong with the Microbiome?

National audienceWoody plant (WP) declines have multifactorial determinants as well as a biological and economic reality. The vascular system of WPs involved in the transport of carbon, nitrogen, and water from sources to sinks has a seasonal activity, which places it at a central position for mediating plant–environment interactions from nutrient cycling to community assembly and for regulating a variety of processes. To limit effects and to fight against declines, we propose: (i) to consider the WP and its associated microbiota as an holobiont and as a set of functions; (ii) to consider simultaneously, without looking at what comes first, the physiological or pathogenic disorders; and (iii) to define pragmatic strategies, including preventive and curative agronomical practices based on microbiota engineering

Arbuscular mycorrhizal fungi, a key symbiosis in the development of quality traits in crop production, alone or combined with plant growth-promoting bacteria

International audienceModern agriculture is currently undergoing rapid changes in the face of the continuing growth of world population and many ensuing environmental challenges. Crop quality is becoming as important as crop yield and can be characterised by several parameters. For fruits and vegetables, quality descriptors can concern production cycle (e.g. conventional or organic farming), organoleptic qualities (e.g. sweet taste, sugar content, acidity) and nutritional qualities (e.g. mineral content, vitamins). For other crops, however, the presence of secondary metabolites such as anthocyanins or certain terpenes in the targeted tissues is of interest as well, especially for their human health properties. All plants are constantly interacting with microorganisms. These microorganisms include arbuscular mycorrhizal fungi as well as certain soil bacteria that provide ecosystem services related to plant growth, nutrition and quality parameters. This review is an update of current research on the single and combined (co-inoculation) use of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth-promoting rhizobacteria in crop production, with a focus on their positive impacts on crop quality traits (e.g. nutritional value, organoleptic properties). We also highlight the need to dissect mechanisms regulating plant-symbionts and symbiont-symbiont interactions, to develop farming practices and to study a broad range of interactions to optimize the symbiotic potential of root-associated microorganisms

The microbiota of the grapevine holobiont: A key component of plant health

International audienceBackgroundGrapevine is a woody, perennial plant of high economic importance worldwide. Like other plants, it lives in close association with large numbers of microorganisms. Bacteria, fungi and viruses are structured in communities, and each individual can be beneficial, neutral or harmful to the plant. In this sense, microorganisms can interact with each other and regulate plant functions (including immunity) and even provide new ones. Thus, the grapevine associated with its microbial communities constitutes a supra-organism, also called a holobiont, whose functioning is linked to established plant-microorganism interactions.Aim of reviewThe overall health of the plant may be conditioned by the diversity and structure of microbial communities. Consequently, an optimal microbial composition will consist of a microbial balance allowing the plant to be healthy. Conversely, an imbalance of microbial populations could lead to (or be generated by) a decline of the plant. The microbiome is an active component of the host also responsive to biotic and abiotic changes; in that respect, a better understanding of the most important drivers of the composition of plant microbiomes is needed.Key scientific concepts of reviewThis article presents the current state of the art about the grapevine microbiota and its composition according to the plant compartments and the influencing factors. We also focus on situations of imbalance, in particular during plant disease or decline. Finally, we discuss the possible interest of microbial engineering in an agrosystem such as viticulture

Répercussions spatiales de l’esca sur l’holobionte vigne : réponse du microbiome dans le continuum sol/feuilles

National audienceDans le cadre du projet Holoviti (Plan National Dépérissement du Vignoble), l’holobionte vigne est étudié, dans le continuum sol - racines - parties aériennes (SRP), chez des ceps symptomatiques (S) ou asymptomatiques (AS) de la forme lente d’esca (tigrures foliaires). Ces recherches ont été réalisées sur une parcelle du château de Marsannay, située sur la commune de Couchey en Côte d’Or (21). Celle-ci a été choisie car elle présente simultanément trois types de dépérissements : deux liés à des agents pathogènes, respectivement viraux (agent du court-noué) et fongiques (agents de l’esca), et un lié à des dysfonctionnements physiologiques (porte-greffe 161-49C). Cette parcelle a été cartographiée et suivie cep à cep en 2019 et 2020. Le prélèvement des échantillons des différents compartiments a été réalisé en septembre, à l’apparition des symptômes d’esca, sur 8 couples de ceps (AS et S) de même âge. Les ceps AS et S de chaque couple sont voisins (même environnement) et les différents couples sont dispersés au sein de la parcelle. Quatre analyses complémentaires ont été réalisées : (i) de la métagénomique, pour mettre en évidence de évènements de co-occurence ou de co-exclusion de certaines espèces selon que les ceps sont AS ou S ; (ii) de la transcriptomique, pour définir comment les communautés répondent à leur environnement ; (iii) de la métabolomique, indicateur le plus direct de la santé des plantes ; ainsi que (iv) des dosages enzymatiques, pour évaluer l’état de stress (notamment oxydatif) de la vigne. Dans le cadre de l’analyse métagénomique (ciblée), les amorces choisies ont visé les communautés bactériennes, fongiques (avec pour le compartiment racinaire un focus sur les communautés mycorhiziennes) et les oomycètes. Les résultats de l’analyse des communautés bactériennes dans le continuum SRP pour le millésime 2019 révèlent une baisse de la diversité spécifique (Indice de Shannon) le long de ce dernier. On retrouve une trentaine d’embranchements de bactéries répartis sur l’ensemble des compartiments. Les compartiments « sol », « racines » et « feuilles » apparaissent différents entre eux mais cette première analyse ne permet pas de discriminer les ceps AS des individus S. Pour les compartiments « bois de greffon » et « sarments » l’étude de l’abondance des communautés bactériennes révèle des tendances (des communautés plus ou moins abondantes, voire absentes chez les ceps S), qui seront à confirmer sur le millésime 2020.Ces premiers résultats, devront également être complétés par l’analyse des autres microbiotes (champignons et oomycètes). De plus, dans l’objectif d’appréhender le fonctionnement (ou dysfonctionnement) de l’holobionte vigne, ils devront également être rapportés aux indicateurs de fonctionnement de la plante (analysés conjointement)

L’holobionte vigne, un levier biologique pour lutter contre les dépérissements ?

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