La conception de modèles réductionnistes pour étudier les interactions entre les plantes et les microbes ainsi qu’entre les microbes eux-mêmes ont permis d’élucider une multitude de mécanismes moléculaires, choses quasi impossibles en conditions naturelles. Plusieurs espèces bactériennes ubiquitaires du sol ont été isolées et criblées en interaction simple pour leurs propriétés bénéfiques envers la plante. Malheureusement, bien qu’il existe une panoplie d’espèces bactériennes favorisant la croissance des plantes, les études portant sur les facteurs biotiques et abiotiques influençant l’efficacité de ces bactéries utilisées en agriculture biologique sont peu nombreuses et limitent nos capacités à optimiser leur utilisation.
Un des défis d’importance dans les prochaines années concerne la création de consortiums bactériens hautement efficaces dans l’objectif d’éliminer un large éventail d’agents pathogènes et de diminuer significativement l’usage de pesticides chimiques. Bacillus et Pseudomonas sont les bactéries les plus couramment utilisées comme biofertilisants. Malgré le potentiel de synergie entre ces deux genres bactériens pour la création d’un consortium, la plupart de leurs interactions en paire sont antagonistes. En effet, de nombreuses études ont rapporté des effets antagonistes entre ces dernières, ce qui entraine une coexistence instable. De plus, une particularité qui distingue Bacillus de Pseudomonas est son habilité à former des endospores, des structures dormantes ultrarésistantes aux conditions environnementales adverses. En contrepartie, la sporulation peut limiter la capacité des espèces de Bacillus à protéger la plante en réduisant leur activité métabolique.
Au cours de mon projet, j’ai développé et mis en place un système de culture hydroponique avec la plante modèle Arabidopsis thaliana afin d’étudier la cinétique de l’état métabolique de B. subtilis après une inoculation sous forme de spores. Il s’est avéré que ces spores germent simultanément avec la graine. Cependant, ces bactéries ne restent que brièvement dans l’état végétatif (métaboliquement actif) avant de retourner à l’état de dormance. Ensuite, j’ai conçu un système de culture hydroponique contenant un insert de culture cellulaire qui permet la séparation physique des partenaires d’interactions pour évaluer l’importance de la colonisation des plantules sur la modulation de l’état métabolique de Bacillus. Ce système a permis de montrer qu’Arabidopsis thaliana sécrète des molécules qui favorisent l’état de dormance de B. subtilis, uniquement lorsque ce dernier entre en contact avec la plante, et ce mécanisme n’est pas espèce-spécifique. En effet, le contact entre la plante et P. fluorescens mène également à la formation de spores chez B. subtilis. Aussi, nous avons montré que le site d’établissement préférentiel et de persistance des espèces de Bacillus appliquées de manière exogène sur des plantes ornementales se retrouve au niveau racinaire et non foliaire.
Dans le second volet de mon projet, je me suis intéressé à l’interaction entre Bacillus et Pseudomonas. J’ai d’abord procédé à des essais d’interactions de paires (côte à côte) sur milieu solide pour déterminer le type d’interaction entre B. subtilis et trois espèces de Pseudomonas qui possèdent un arsenal de métabolites secondaires différents. La compétition interspécifique entre B. subtilis et P. protegens a révélé l’implication de l’acide pulcherriminique (PA), une molécule liant le fer ferrique; Fe(III). En combinant des approches de microbiologie et de chimie analytique, j’ai montré deux nouveaux rôles de la PA dans un contexte de compétition microbienne : elle crée une réserve locale de Fe(III) favorisant sa récupération via la production de sidérophores et réduit le stress oxydatif en précipitant le Fe(III).
Ensemble, nos résultats participent à caractériser la formation de spores sur plantules, un facteur négligé jusqu’à maintenant dans l’efficacité des biofertilisants à base de Bacillus. De plus, nous avons découvert et caractérisé une nouvelle stratégie contre-intuitive sur la gestion du Fe(III) utilisé par B. subtilis dans un contexte de compétition microbienne
