Importance de la variabilité génétique bactérienne sur le fonctionnement de la symbiose Rhizobium leguminosarum biovar viciae avec le pois (Pisum sativum L.)

Abstract

Les irrégularités de rendement et de teneur en protéine des graines de la culture du pois sont, en partie, liées à des problèmes de nutrition azotée. La nutrition azotée repose sur la fixation symbiotique de l azote atmosphérique et l absorption racinaire des nitrates du sol. Notre objectif a été de déterminer si le partenaire bactérien, Rhizobium leguminosarum biovar viciae (Rlv), peut être un facteur limitant de la nutrition azotée et du rendement du pois. Les populations de Rlv sont génétiquement polymorphes et de structure génétique variable entre les sols. La monoculture de maïs de long terme a un impact sur la diversité des populations de Rlv du sol. De plus, la structure des populations symbiotiques varie en fonction du génotype végétal et de son cycle cultural. La variabilité génétique des Rlv a été corrélée à une variabilité fonctionnelle. Le génotype de Rlv influence la morphogénèse nodulaire et la répartition des biomasses dans les compartiments de la plante. Nous mettons en évidence 2 phénotypes symbiotiques contrastés : le phénotype BNO ( Big NOdule ) avec un faible nombre de nodosités hypertrophiées, une forte biomasse nodulaire et des biomasses racinaires et foliaires réduites et le phénotype SNO ( Small NOdule ) avec un plus grand nombre de petites nodosités, une biomasse nodulaire plus faible, un développement racinaire et aérien plus élevé. En conditions agronomiques, une forte proportion de BNO peut induire des baisses de rendement et de teneur en azote des graines. La variabilité génétique des populations nodulantes peut donc contribuer à une variabilité de la nutrition azotée et de la croissance du pois avec un impact sur le rendement.Nitrogen nutrition often remains a factor limiting yield and seed protein content of pea crop. As a legume, pea acquires N from two different pathways, symbiotic N2 fixation and soil mineral N absorption by roots. Our main aim was to assess if the bacterial partner, Rhizobium leguminosarum biovar viciae (Rlv), may be a limiting factor of pea N nutrition and seed yield. We show that Rlv populations are genetically polymorphic and that their genetic structure varies among soils. Crop management, such as long-term maize monoculturing, has an impact on the diversity of soil Rlv populations. Moreover, the structure of symbiotic populations varies according to pea genotype and over the growth plant cycle. The plant seems to carry out differential regulation of nodule number according to bacterial genotype. Correlation between functional and genetic variability of Rlv was found. The Rlv genotype influences nodule morphogenesis and biomass partitioning between the different plant compartments. Two contrasted symbiotic phenotypes were pointed out: the BNO ( Big NOdule ) phenotype characterized by reduced number of very large nodules, high nodule biomass and reduced root and shoot biomass as compared with the SNO ( Small NOdule ) phenotype characterized by higher number of small nodules, lower nodule biomass and generally more developed roots and shoots. Field studies showed that a high frequency of BNOs may reduce yield and seed protein content of the crop. Thus, the genetic variability of nodule populations may contribute to variability of nitrogen nutrition and pea growth, with an impact on yield.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF