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

Abstract

Diplôme : Dr. d'UniversitéLes irrégularités de rendement et de teneur en protéine des graines que présente la culture du pois sont, en partie, liées à des problèmes de nutrition azotée. En tant que légumineuse, la nutrition azotée du pois repose à la fois sur la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique et sur l’absorption racinaire des nitrates du sol. Notre principal 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. La variabilité génétique des Rlv et les facteurs influençant la structure des populations de Rlv à l'état libre et symbiotiques ont été étudiés. La signification de la diversité génétique bactérienne sur le fonctionnement de la symbiose et le développement de la plante-hôte a ensuite été explorée. La caractérisation des populations de Rlv a été réalisée à l’aide de deux marqueurs moléculaires : un marqueur neutre chromosomique ciblant la région intergénique de l’ADNr 16S-23S et un marqueur symbiotique, la région nodD-F contenant le gène de régulation nodD. Nous montrons que les populations de Rlv sont génétiquement polymorphes et de structure génétique variable entre les sols. Les pratiques culturales, comme la monoculture de maïs de long terme, ont un impact sur la diversité des populations de Rlv du sol. La variabilité génétique des Rlv, et tout particulièrement celle du génotype symbiotique, a été corrélée à une variabilité fonctionnelle. Le génotype de Rlv influence la morphogénèse nodulaire et la répartition de la biomasse dans les différents compartiments de la plante. Deux phénotypes symbiotiques contrastés ont été mis en évidence : le phénotype BNO (« Big NOdule ») caractérisé par un faible nombre de nodosités hypertrophiées, une forte biomasse nodulaire et des biomasses racinaires et foliaires réduites comparé au phénotype SNO (« Small NOdule ») caractérisé par un plus grand nombre de petites nodosités, une plus faible biomasse nodulaire et un développement racinaire et aérien généralement plus important. L’effet des souches de type BNO ne s’exercerait pas directement sur la fonction de fixation de l’azote mais d’une façon plus générale sur les différents paramètres du développement de la plante via des modifications d’allocation des substrats carbonés et azotés de la plante. Des études au champ montrent qu’une forte proportion de BNO peut induire des baisses de rendement et de teneur en protéine des graines. La structure des populations symbiotiques évolue au cours du cycle cultural. De plus, elle varie selon le génotype végétal. Ces résultats suggèrent des phénomènes de sélection liés à des variations quantitatives et qualitatives d'exsudats racinaires et probablement de métabolites secondaires jouant un rôle de molécule-signal. De plus, il semble que la plante exerce une régulation différentielle du nombre de nodosités formées selon le génotype bactérien, sanctionnant notamment le nombre de nodosités de type BNO. Ainsi, la variabilité génétique des populations nodulantes peut contribuer à une variabilité de la nutrition azotée et de la croissance du pois avec un impact sur le rendement dans certaines conditions environnementales. Les mécanismes moléculaires et les voies de signalisation impliqués dans cette variabilité fonctionnelle restent encore à étudier ainsi que la capacité de la plante à sélectionner les partenaires les plus bénéfiques pour sa croissance