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Aragno, Michel

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Aragno, Michel
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Michel.Aragno@unine.ch
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https://libra.unine.ch/handle/123456789/753

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    Spatio-temporal dynamics of bacterial communities associated with two plant species differing in organic acid secretion: A one-year microcosm study on lupin and wheat
    (2008)
    Weisskopf, Laure
    ;
    Le Bayon, Renée-Claire 
    ;
    Kohler, Florian
    ;
    Page, Valérie
    ;
    Jossi, Maryline
    ;
    Gobat, Jean-Michel 
    ;
    Martinoia, Enrico
    ;
    Aragno, Michel 
    Plants are generally assumed to influence the surrounding soil microflora through rhizodeposition. However, the role of rhizodeposits, and especially organic acids, in structuring the bacterial communities is still poorly understood. In this study, we asked the question whether plants differing in organic acid secretion have a different impact on the soil bacterial communities, and if this is the case, to which extent this impact is due to different organic acid concentrations in the rhizosphere. To investigate this question, we compared white lupin and wheat. The former is a high organic acid-secreting species, while the latter secretes only low amounts of carboxylates. We grew the plants in large microcosms including root-free control compartments for one year (replanted every second month) and analyzed the spatio-temporal changes in soil ATP concentrations, as well as in diversity and structure of bacterial communities (using DNA- and RNA-based DGGE) along a root-soil gradient after two, six and twelve month's cultivation. Our results showed: i) that white lupin and wheat differed in their impact on soil ATP concentrations and on the structure of root bacterial communities; ii) that cultivation time was a key factor in explaining the observed differences in all the parameters studied; and iii) that the amounts of organic acids accounted for a significant proportion (15%) of the variability within root active communities. These results indicate that plants influence their associated bacterial communities in a species-specific way and that for communities living in the direct vicinity of roots (rhizoplane-endorhizosphere), a significant part of this influence can be attributed to root-secreted organic acids.
  • Publication
    Accès libre
    Rhizosphere bacterial communities associated with Lolium perenne: structuration and plant-mediated influences
    (2008)
    Jossi, Maryline
    ;
    Aragno, Michel 
    Du fait de leur présence, leur activité et leur physiologie, les racines des plantes influencent physiquement, chimiquement et biologiquement leur sol environnant. Certains microorganismes du sol vont être favorisés, ou au contraire inhibés par les racines. La rhizosphère, à la jonction entre le sol et la plante, favorise de plus une activité intense en raison de la stimulation de la microflore par la rhizodéposition et de la variété des micro-habitats. Un lien étroit existe entre les microorganismes du sol et la plante, en particulier lorsque l’on considère les plantes pérennes qui, se maintenant d’année en année au même endroit, présentent des communautés particulièrement adaptées à leur environnement. Parmi ces plantes, la graminée nitrophile Lolium perenne a été choisie dans cette étude comme plante modèle pour son abondance et son importance dans le domaine agricole en tant que plante fourragère. Les activités des microorganismes sont extrêmement diversifiées et ont un impact important au niveau de la fertilité des sols (ex : cycles des éléments nutritifs, formation et décomposition de la matière organique) et de la santé des plantes. Ces organismes constituent de ce fait le principal champ d’investigation pour le développement de bio-fertilisants et de bio-pesticides. L’impact des microorganismes et en particulier des bactéries, sur la croissance et la résistance de la plante est couramment reconnu. Les connaissances concernant l’importance des différents groupes fonctionnels bactériens de la rhizosphère, leur écologie et leur structuration, doivent cependant être enrichies afin d’améliorer la compréhension des interactions entre plantes et microorganismes dans la rhizosphère, et d’augmenter le potentiel des bio-fertilisants. Les objectifs principaux des expériences menées dans cette étude consistent à élargir les connaissances du fonctionnement de la rhizosphère, et de la structuration des communautés bactériennes. Les communautés bactériennes totales, actives et cultivables de la rhizosphère sont caractérisées en relation avec différentes perturbations (variations au niveau du génotype de la plante, modifications dues au développement de la plante, changements liés au climat global). Ceci afin de cibler les modifications spécifiques aux différentes conditions et d’identifier les populations susceptibles de tenir une place importante dans le fonctionnement de la rhizosphère et la promotion de la croissance des plantes. Toutes les approches de communautés sont réalisées dans le même sol agricole afin de conserver la contribution du sol dans le fonctionnement rhizosphérique. Les approches génotypiques des communautés bactériennes totales et actives, au champ et en serre, montrent que les influences liées à la racine affectent peu la diversité globale, et que les communautés métaboliquement actives se révèlent être plus sensibles aux perturbations liées à la plante que les communautés totales. Ce qui indique que l’influence des racines se manifeste par la prolifération, ou au contraire la mise en dormance, de populations spécifiques au sein du réservoir bactérien représenté par les communautés du sol. L’établissement, in vitro, du profil fonctionnel des populations bactériennes associées à différents cultivars (diploïdes: Cavia, Lipresso ; tétraploïdes: Anaconda, Bastion) et stades de développement de L. perenne, permet de mettre en évidence les fonctions bactériennes dont la fréquence est affectée par ces deux facteurs liés à la plante. Le cultivar Anaconda semble héberger des communautés particulièrement spécifiques. De plus, quel que soit le cultivar, le passage de la floraison de la plante semble être un stade critique, à partir duquel l’influence de la plante s’estompe et les caractéristiques des communautés rhizosphériques tendent à rejoindre celles du sol nu. Cette approche fonctionnelle est également employée pour comparer, dans l’environnement racinaire et dans le sol nu, les fréquences de certaines capacités bactériennes connues comme étant impliquées dans les interactions entre plantes et bactéries, ainsi que pour mettre en évidence les corrélations entre ces différentes capacités. La caractérisation du sol rhizosphérique des différents cultivars, ainsi que l’analyse de leurs exudats racinaires (acides organiques, composés phénoliques), mettent en évidence des différences cohérentes avec les celles observées au niveau du profil fonctionnel de leurs communautés bactériennes rhizosphériques. Une approche génotypique (au champ) des communautés bactériennes associées à L. perenne, effectuée précédemment au LAMUN, a révélé l’importance du groupe des Pseudomonas. Dans l’étude présentée ici, l’approche génotypique (au champ) ainsi que l’approche fonctionnelle (in vitro) de ces communautés mettent toutes les deux en évidence le groupe des Actinobacteria. Connu pour être particulièrement résistant aux perturbations et adapté au statut nutritionnel limité du sol. Ce groupe s’avère tenir une place importante au sein des populations actives de la rhizosphère. Il est également le principal groupe de minéralisateurs potentiel de phytate dans des conditions limitantes en P inorganique et en présence de C soluble; deux conditions fréquemment rencontrées dans la rhizosphère. Les capacités des Actinobacteria semblent être essentielles pour le maintien à long terme des environnements changeants et devraient être étudiés dans la rhizosphère avec beaucoup plus d’attention., Due to their presence, activity and physiology, plant roots influence physically, chemically and biologically their surrounding soil. Some microorganisms will be favoured, or on the contrary inhibited by roots. As the junction between soil and plant, the rhizosphere presents an intense activity because of the stimulation of microflora by rhizodeposition and of the existence of various micro-habitats. A close link exists between soil microorganisms and plants, in particular when considering perennial plants which, growing at the same place from year to year, present particularly adapted associated microbial communities. Among these plants, the nitrophilic perennial grass Lolium perenne, was choosen in this study as model plant because of its abundance, and its agricultural importance as forage plant. Microorganisms’ activities are extremely diversified and strongly implicated in soil fertility (nutrient cycling, organic matter formation and decomposition) and plant health. These organisms are therefore the main investigation field for development of bio-fertilisers and biopesticides. The impact of microorganisms, in particular of bacteria, on plant growth and resistance is currently well recognised. Knowledge about the importance of the different functional groups of bacteria in the rhizosphere, their ecology, and their structuration, have nevertheless to be enriched to improve the understanding of plant-bacteria interactions in the rhizosphere, and to increase the potential of biofertilisers. Throughout the experiments conducted in this work, the main aims are to gain additionnal knowledge about rhizosphere functionning and structuration of bacterial communities. Total, active and culturable rhizosphere bacterial communities are characterised in relation with different perturbations (plant genotype variations, modifications due to plant development, and to global climate changes), in order to target the modifications, which are specific of the different conditions, and to identify bacterial groups likely to take an important place in rhizosphere functionning and plant growth promotion. All the community approaches were conducted in the same agricultural soil in order to conserve the soil contributions in the rhizosphere functionning. Genomic approaches of total and active bacterial communities, performed in field and in greenhouse conditions in the same agricultural soil, revealed that root-mediated perturbations affect only slightly the global divesity, and that the metabolically active part of the communities was more sensitive to plant-mediated influences than the total communities. Indicating that root influence lead to the proliferation or, on the contrary, to the dormance, of specific populations among the bacterial reservoir represented by soil bacterial communities. The establishment, in vitro, of the functional profiles of bacterial populations associated with different cultivars (diploïdes: Cavia, Lipresso ; tetraploïdes: Anaconda, Bastion) and development stages of L. perenne, allows to highlight the bacterial functions presenting frequencies which are affected by these two plant-related factors. Anaconda cultivar seems to harbour particularly specific bacterial communities. Furthermore, whatever the cultivar, plant flowering appears to be a critical stage beyond which plant influence is attenuated, and characteristics of rhizosphere communities tend to gather with those of bulk soil communities. This functional approach is also used to compare, in the root environment and in the bulk soil, the frequencies of some bacterial abilities known to be implicated in plant-bacteria interactions, and to highlight the existence of correlations between these different abilities. Furthermore, the characterisation of the rhizosphere soil of the different cultivars, and the analysis of their root exudates (organic acids, phenolics), allows to highlight differences coherent with those observed on the functional profiles of their bacterial communities. A genomic approach (field conditions) of bacterial communities associated to L. perenne, performed in previous experiments, revealed the importance of the Pseudomonas group. In the present study, the genomic approach (field conditions), as well as the functional approach (in vitro) of these communities, both highlighted the Actinobacteria group. Known to be particularly resitant to perturbations and to be adapted to the poor nutrient status of the soil, this group take an important place in the key active rhizosphere populations. It is also the main group of potential phytate mineralisers under limiting inorganic P conditions and in presence of soluble C sources; two frequent characteristics of the rhizosphere environment. The abilities of Actinobacteria are thought to be essential for long term maintaning of changing environments and have to be investigated in the rhizosphere whith more attention.