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    Improving bio-inoculation for sustainable agriculture
    La pollution environnementale globale est l’une des plus grandes menaces pour les habitants de la planète. Parmi les différents types de problèmes environnementaux, la présente étude discute de questions liées à l’utilisation intensive des produits agrochimiques dans l’agriculture conventionnelle, en se focalisant sur la santé des plantes et sur les microorganismes du sol en tant que parties intégrantes des écosystèmes terrestres. En agriculture conventionnelle, des pratiques de gestion inadaptées et l’utilisation de produits agrochimiques ont un impact négatif à la fois sur le sol et sur la qualtié de l’eau. La recherche de solutions alternatives durables est ainsi devenue une priorité. Dans la mycorrhizosphère, les microorganismes sont impliqués dans de nombreux processus biologiques bénéfiques soutenant l’ensemble de l’écosystème sol, et sont ainsi considérés comme des acteurs cruciaux du fonctionnement des écosystèmes. Dans cette perspective, une évaluation in vitro des activités favorisant la croissance des plantes (PGP) chez différentes bactéries endosporulantes (EFB), ainsi que chez des champignons ayant différentes niches écologiques. Nous avons trouvé que la plupart des EFB testées possèdent des traits PGP. C’est également le cas des espèces de champignons testées. De plus, la confrontation entre ces bactéries et champignons a donné lieu à différentes interactions (antagonistes, neutres et positif). De manière intéressante, ces observations n’étaient pas uniquement dépendantes des microbes en concurrence, mais également du milieu de culture utilisé, soulignant l’importance du contexte nutritionnel dans les interactions microbiennes. A la suite de l’évaluation in vitro, l’effet PGP sur des plantes de trois différentes souches de Bacillus a été évalué. Différents schémas d’inoculation ont été comparés : chaque souche seule ou sous la forme d’un consortium des trois souches, ainsi que deux types de formes de vie, les cellules végétatives et les endospores. Ensuite, l’effet des bio-inoculants a été mesuré à différents niveaux de complexité, allant de conditions in vitro à un essai en champs. Cette approche par étape a permis de déterminer si des bio-inoculants plus complexes (en comparaison aux souches seules) étaient plus efficaces à stimuler la croissance des plantes, et quel était leur impact sur les communautés microbiennes autochtones. Les résultats obtenus ont démontré que les consortiums étaient plus constants dans la stimulation de la croissance des plantes que les souches seules, même au contact des microbes autochtones du sol. Fait important, les bactéries bio-inoculées n’ont pas affecté la structure des communautés bactériennes natives, comme démontré par l’utilisation de méthodes métagénomiques ciblant les communautés de champignons et de bactéries. Cette thèse a aussi mis en évidence les interactions microbiennes entre des membres de deux règnes, i.e. les bactéries et les champignons. Chacun d’eux joue un rôle crucial dans le fonctionnement des écosystèmes terrestres, et sont connus pour la diversité de leurs modes de nutritions. Cela peut conduire tant à des interactions positives, neutres ou négatives. Dans cette thèse, une interaction antagoniste, c’est à dire le mode de vie mycophage des bactéries, a été étudiée en détail. Lors de la mycophagie, les bactéries obtiennent des nutriments directement d’un champignon vivant, exerçant un impact négatif sur ce partenaire fongique. Les découvertes de ce travail suggèrent que la bactérie Lysinibacillus sphaericus 1003 a un mode de vie mycophage préférentiel vis-à-vis du champignon phytopathogène Rhizoctonia solani, alors qu’il ne nuit pas au champignon saprophyte Trichoderma rossicum. La bactérie peut croître aux dépends du mycélium de R. solani et, plus important, elle a un impact négatif sur la biomasse fongique. Au contraire, et malgré que L. sphaericus 1003 croisse aux dépends de T. rossicum, la bactérie a un impact positif sur la biomasse de T. rossicum. Par conséquent, ce comportement différent vis-à-vis d’un pathogène de plante (R. solani) et d’un champignon bénéfique à la plante (T. rossicum) peut constituer un modèle intéressant pour mieux comprendre le rôle de la mycophagie dans le cycle du carbone dans les sols. Globalement, cette étude apporte de nouvelles connaissances et réflexions au domaine de l’agriculture durable puisqu’elle combine différentes approches de bio-inoculation. Finalement, cette étude contient de nouveaux éléments de discussions proposant des voies pour le développement futur de la stimulation de la croissance des plantes et le biocontrôle par l’utilisation de micro-organismes. ABSTRACT Global environmental pollution is one of the greatest threats to the inhabitants of planet Earth. Among the different types of environmental problems, the present study discusses issues related to the extensive utilization of agrochemicals in conventional agriculture by focusing on plant health and soil microbes as integral parts of terrestrial ecosystems. In conventional agriculture, inappropriate management practices and the use of agrochemicals have led to a negative impact on both soil and water. As a result, the search for sustainable alternatives in agriculture has become a priority. In the mycorrhizosphere, microbes are involved in many beneficial activities supporting the whole soil ecosystem and thus are considered as crucial actors of soil functioning. With such a perspective, an in vitro screening was carried out to evaluate the plant growth promoting (PGP) activities of different endospore forming bacteria (EFB), as well as of fungi with different ecological niches. We found that most of the screened EFB possessed one or more PGP traits. The fungal species that were screened were also positive for PGP traits. Moreover, confrontation of these bacteria and fungi resulted in many different interactions (antagonistic, neutral or positive). Interestingly, these findings did not only depend on the competing microbes, but also on the medium used, pointing at the importance of the nutritional context in microbial interactions. After the in vitro screening, the PGP effect of three different Bacillus strains was assessed in planta. Different bacterial inoculation schemes were compared: each strain alone or the three as a consortium and both life forms, vegetative cells and endospores, were compared. Then, the effect of the bio-inoculants was measured at different levels of complexity, from in vitro conditions to a field trial. This step-wise approach allowed deciphering whether more complex bio-inoculants (as compared to single strains) were more effective in promoting plant growth and whether this had any impact on the autochthonous microbial communities. The results obtained demonstrated that bacterial consortia were more consistent in promoting plant growth than single strains, even when in contact with the autochthonous soil microbes. Importantly, the bio-inoculated bacteria did not affect the structure of the native microbial communities, as demonstrated by using targeted metagenomics on both fungal and bacterial communities. This thesis also highlighted microbial interactions between members belonging to two kingdoms, i.e. bacteria and fungi. Both of them play crucial roles in terrestrial ecosystem functioning and are known for their diversified nutritional capabilities. This can lead to all type of interactions, from positive to negative ones. In this thesis, one antagonistic interaction, the mycophageous life-style of bacteria was investigated in detail. In mycophagy, bacteria obtain nutrients from living fungi and exert a negative impact on the fungal partner. The findings of this work suggest that the bacterium Lysinibacillus sphaericus 1003 has a preferential mycophagous lifestyle towards the phytopathogenic fungus Rhizoctonia solani, while it does not harm the saprophytic Trichoderma rossicum. The bacterium can grow at the expense of the living mycelium of R. solani and, more importantly, has a negative impact on fungal biomass. In contrast, and even though L. sphaericus 1003 grew at the expense of T. rossicum, the bacterium has a positive effect on T. rossicum biomass. Therefore, this differential behavior towards a plant pathogen and a plant beneficial fungus could constitute an interesting model to better understand the role of mycophagy in soil carbon cycling. Overall, this study brings novel insights in the frame of a sustainable exploitation of agricultural ecosystems by combining different types of bio-inoculation methods. Moreover, aspects related to future developments required in the field of plant growth promotion and biocontrol are discussed at the end of this study.