L’ingénierie agroécologique vise à produire des savoirs actionnables, pour concevoir des systèmes de cultures économiquement et écologiquement performants, par la valorisation de régulations naturelles. Notre problématique est centrée sur la santé des cultures, et plus particulièrement sur la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum, agent du flétrissement bactérien alors qu’une souche extrêmement agressive menace la production de tomates en plein champ en Martinique. La nécessité d’explorer et de développer des alternatives aux méthodes conventionnelles de protection des plantes (variétés résistantes, pesticides), actuellement inefficaces, invite à la mise en œuvre d’une démarche de conception innovante. Nos travaux montrent que la mobilisation d’une barrière rhizosphérique est une stratégie de régulation biologique alternative. Différents processus y contribuent, telle que la mycorhization, symbiose entre racines et champignons mycorhiziens à arbuscules, présents dans la plupart des sols. Nous montrons que la mobilisation de réseaux de mycorhizes indigènes à partir d’un sol agricole permet une mycorhization précoce de la tomate. De plus, l’association de plantes aux propriétés mycorhizotrophes et assainissantes en conditions contrôlées montre des effets bioprotecteurs partiels et ouvre de nouvelles perspectives de combinaisons entre processus. Ces combinaisons sont mobilisables par des leviers d’actions multi-scalaires. Nous avons produit une grille d’analyse générique de ces leviers d’action pour la conception, par des trajectoires d’innovation multidirectionnelles, de « systèmes de culture bioprotégés ». Dans le contexte agricole martiniquais, une démarche d’apprentissage permet en effet l’émergence d’une dynamique de co-conception de systèmes de cultures recourant aux plantes mycorhizotrophes. Nos travaux proposent des outils pour une exploration collective de nouvelles stratégies de gestion durable de la santé des cultures. / Agroecological engineering aims to produce actionable knowledge to design economically and environmentally efficient cropping systems, based on the exploitation of natural regulation mechanisms. Our issue is centered on crop health, especially on the plant pathogenic bacterium Ralstonia solanacearum (bacterial wilt agent), of which an extremely aggressive strain threatens field tomato production in Martinique. The need to explore and develop alternatives to conventional methods of plant protection (resistant varieties, pesticides), ineffective in our case, calls for the implementation of an innovative design approach. Our work shows that the protection of the roots via the formation of a self-sustaining rhizospheric barrier may be an alternative biological control strategy. Different processes contribute, such as mycorrhizal symbiosis between roots and arbuscular mycorrhizal fungi, which are present in most soils. We show that the mobilization of indigenous mycorrhizal networks from an agricultural soil allows early mycorrhization of tomatoes. In addition, the association of plants with mycorrhizal and sanitizing properties in controlled conditions showed partial bioprotective effects and opens up new prospects for combinations between processes. These combinations may be exploited in various ways. We produced a generic analysis grid of key levers to design "healthy cropping systems " through multi-directional innovation trajectories. In Martinique's agricultural context, a learning process allows the emergence of a dynamic co-design of cropping systems using mycorrhizal plants. Our work thus provides tools for collective exploration of new sustainable management strategies for crop health.

La compréhension des déterminants de la biodisponibilité du cuivre (Cu) dans les sols agricoles recevant des apports de produits résiduaires organiques (Pro) est un enjeu écotoxicologique majeur dans l’optique de préserver la fertilité des sols. La spéciation de Cu dans la solution du sol est classiquement considérée en écotoxicologie prédictive comme le principal déterminant chimique de la biodisponibilité de Cu pour les organismes du sol. Étant donné la forte affinité de Cu pour la matière organique dissoute (MOD), la spéciation de Cu dans la solution du sol est fortement conditionnée par la complexation de Cu avec la MOD. Les modèles de spéciation classiquement utilisés en écotoxicologie prédictive tiennent compte de la variabilité de la concentration en MOD mais sont paramétrés par défaut pour ce qui est des propriétés de complexation (densité et affinité des sites) de la MOD. Pourtant, les apports de Pro et les activités racinaires dans la rhizosphère semblent en mesure de modifier à la fois la concentration et les propriétés de complexation de la MOD. Mes travaux se sont donc proposés (i) de mettre en évidence la variabilité des propriétés de complexation de la MOD dans les systèmes sol-plante recevant des apports de Pro et (ii) d’évaluer l’impact de cette variabilité sur la prédiction de la spéciation de Cu en solution. / Understanding copper (Cu) bioavailability determinants in agricultural soils amended with organic waste (OW) is a major ecotoxicological issue in order to preserve soil fertility. Copper speciation in soil solution is conventionally considered in predictive ecotoxicology as the main chemical determinant of Cu bioavailability for soil organisms. Considering the high affinity of Cu for dissolved organic matter (DOM), Cu speciation in soil solution is highly influenced by its complexation with DOM. The speciation models conventionally used in predictive ecotoxicology take into account the variability of DOM concentration but are parameterized by default regarding DOM complexing properties (density and site affinity). However, OW inputs and root activities in the rhizosphere appear able to alter both DOM concentration and its complexing properties. My PhD work proposed (i) to demonstrate the variability in DOM complexing properties in soil-plant systems amended with OW and (ii) to evaluate the impact of this variability on Cu speciation prediction in soil solution.A very wide variability in DOM complexing properties was observed between the 55 soils studied. Plants induced strong changes in DOM complexing properties. The contributions of OW to soil induced an almost systematic increase in DOM complexing properties. Besides considering changes in DOM concentration, pH and total Cu concentration in soil solution, the consideration of variability in DOM complexing properties has substantially improved the Cu speciation prediction in soil solution in comparison with WHAM default setting.

La phytoremédiation, la technique de bioremédiation qui utilise les plantes, est considérée comme une technologie « verte » et efficace pour décontaminer des sols pollués aux hydrocarbures. Les plantes agissent essentiellement à travers la stimulation des microorganismes de la rhizosphère, où l’exsudation racinaire semble être le moteur majeur de l’activité microbienne qui s’y déroule. Beaucoup de gènes responsables de l’adaptation bactérienne, dans le sol contaminé ou dans la rhizosphère, semblent être portés par les plasmides conjugatifs et transférés entre les bactéries. Une meilleure compréhension de ce phénomène pourrait améliorer le développement de techniques de manipulation du microbiome rhizosphérique afin d’accélérer la bioremédiation. Le but de cette recherche est d’étudier le plasmidome, soit le contenu total en plasmides, de la rhizosphère de saules provenant d’un sol contaminé aux hydrocarbures. Des analyses métagénomiques, de données obtenues à partir d’un séquençage Illumina, ont été utilisées pour étudier les fonctions portées par les plasmides. Nos résultats ont indiqué un fort effet de la contamination aux hydrocarbures sur la composition des plasmides. De plus, les plasmides contenaient des gènes impliqués dans de nombreuses voies métaboliques, telles que la biodégradation d’hydrocarbures, la production d’énergie, la transduction du signal, le chimiotactisme, et les métabolismes des sucres, acides aminés et métabolites secondaires. À ce jour, c’est la première étude de métagénomique comparative documentant la diversité des plasmides dans un contexte de phytoremédiation. Ces résultats fournissent de nouvelles connaissances sur le rôle du transfert latéral de gènes dans l’adaptation bactérienne dans la rhizosphère et dans le sol contaminé aux hydrocarbures. / Phytoremediation, a bioremediation technique that uses plants, is considered to be an effective and affordable “green technology” to clean up hydrocarbon contaminated soils. Plants essentially act indirectly through the stimulation of rhizosphere microorganisms. Root exudation is thought to be one of the predominant drivers of microbial communities in the rhizosphere and is therefore a potential key factor behind enhanced hydrocarbon biodegradation. Many of the genes responsible for bacterial adaptation in contaminated soil and the plant rhizosphere are thought to be carried by conjugative plasmids and transferred among bacteria. A better understanding of these phenomena could thus inform the development of techniques to manipulate the rhizospheric microbiome in ways that improve hydrocarbon bioremediation. This research aims to study the plasmidome (the overall plasmid content) in the rhizosphere of willow growing in hydrocarbon contaminated and non-contaminated soils, as compared with unplanted soil. Metagenomic analyses based on Illumina sequencing were used to highlight functions carried by plasmids. Our results indicate a strong effect of hydrocarbon contamination on plasmid composition. Furthermore, plasmids harbored genes involved in several metabolic pathways, such as hydrocarbon biodegradation, energy production, signal transduction, chemotaxis, metabolisms of carbohydrates, amino acids and secondary metabolites. To date, this is the first comparative soil metagenomics documenting the plasmidome diversity in a phytoremediation system. The results provide new knowledge on the role of lateral gene transfer in the bacterial adaptation in rhizosphere and in hydrocarbon contaminated soil.

L'exsudation racinaire est connue pour avoir une influence sur le fonctionnement des communautés microbiennes, en particulier celles impliquées dans le cycle de l'azote (Haichar et al, 2012). Elle est liée à la physiologie de la plante, cette dernière pouvant être évaluée via les traits fonctionnels végétaux, permettant une classification des plantes en fonction de leur performance dans leur environnement. Ainsi, nous pouvons distinguer d'une part les espèces exploitatrices, avec une efficience de la photosynthèse élevée et une acquisition rapide de l'azote dans les sols, et d'autre part les plantes conservatrices, possédant des caractéristiques contraires (Aerts & Chapin, 1999) et des plantes intermédiaires dont les caractéristiques sont intermediaires.L'objectif de ces travaux de thèse est de déterminer l'influence de la stratégie de gestion des ressources de 6 poacées, réparties le long d'un gradient de stratégie de gestion des ressources, allant de stratégies conservatrices (Sesleria caerulea et Festuca paniculata), intermédiaires (Antoxanthum odoratum, Bromus erectus) à des stratégies exploitatrices (Dactylis glomerata et Trisetum flavescens), sur la diversité et le fonctionnement des communautés totales et dénitrifiantes. I) Dans un premier temps nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion de ressources des plantes et la quantité d'exsudats racinaires dans le sol adhérent aux racines (SAR). Nous avons ensuite déterminé l'influence de la quantité d'exsudats racinaire sur les activités microbiennes potentielles des communautés microbiennes du SAR (respiration et dénitrification potentielles), puis par une approche ADN-SIP (Stable Isotope Probing) couplée à du séquençage haut-débit, l'influence de l'exsudation racinaire sur la structure et la diversité des communautés bactérienne colonisant le SAR et le système racinaire. II) Dans un second temps, nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion des ressources des plantes et la nature des exsudats racinaires libérés au niveau du SAR et présents dans les extraits racinaires en analysant les profils des métabolites primaires chez Festuca paniculata, Bromus erectus et Dactylis glomerata, représentant respectivement des stratégies de gestion des ressources conservative, intermédiaire et exploitatrice / Root exudation is known to influence microbial communities functioning, in particular those involve in nitrogen cycle. (Haichar et al, 2012). It’s linked to plant physiology, which can be evaluated with functional traits, allowing a plant distribution in function of their performance in their environment. Thus, we can distinguish competitive species, with higher photosynthetic capacity and rapid rates of N acquisition, conservative species with the opposite characteristics (Aerts & Chapin, 1999) and intermediate plants, with intermediate characteristics.The objective of this work is to determinate the influence of nutrient management strategiy of 6 poaceae, along a strategies gradient from conservative strategy (Sesleria caerulea and Festuca paniculata), intermediate (Antoxanthum odoratum and Bromus erectus) to competitive strategy (Dactylis glomerata and Trisetum flavescens), on diversity and functioning of total and denitrifying communities.I) Firstly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the root exudates quantity in the root adhering soil (RAS). Then, we determined the influence of the rate of root exudation on potential microbial activities (respiration and denitrification), and with a DNA-SIP (Stable Isotope Probing) approach coupled to high-throughput sequencing, the influence of root exudation on the bacterial structure and diversity of communities colonizing the RAS and the root system. II) Secondly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the nature of molecules exuded in RAS and present in root extracts by analyzing primary metabolites profile to Festuca paniculata, Bromus erectus and Dactylis glomerata, respectively a conservative, an intermediate and a competitive plant. Then, we determined the influence of primary metabolites profile of each plant on semi-real denitrification of communities colonizing RAS of plants. III) Finally, an mRNA-SIP approach is in progress to determine the influence of exuded metabolites on active bacterial communities functioning and the expression of genes involved in denitrification process in RAS and root system. Our results show an influence of the nutrient management strategy on the rate of carbon exudation, the competitive plants exuding more than conservatives ones.

Les bactéries rhizosphériques qualifiées de PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) forment des symbioses associatives avec les plantes, stimulant la croissance de ces dernières. Les PGPR présentent différents mécanismes phytobénéfiques (production de phytohormones, fixation non symbiotique de l’azote, etc.). Plusieurs PGPR sont susceptibles d’interagir avec la même plante hôte, et il est possible que leurs effets phytobénéfiques soient influencés par les interactions qu’elles auront les unes avec les autres. L’objectif de cette thèse était de caractériser la compatibilité des PGPR dans la rhizosphère d’une même plante hôte, dans le cas de modèles bactériens appartenant aux genres Azospirillum et Pseudomonas. Certains Pseudomonas phytobénéfiques produisant des métabolites antimicrobiens, comme le 2,4-diacétylphloroglucinol (DAPG), nous avons tout d’abord examiné si la capacité à produire du DAPG pouvait inhiber Azospirillum. Les expériences de confrontation réalisées in vivo avec P. fluorescens F113 et un mutant DAPG-négatif, en système gnotobiotique, ont montré que la colonisation racinaire et l’activité phytostimulatrice de certaines PGPR Azospirillum pouvaient effectivement être diminuées en présence de Pseudomonas producteurs de DAPG. Pour évaluer la colonisation racinaire par Azospirillum en sol non stérile, des outils de PCR quantitative en temps réel ont été développés et validés pour trois souches de premier plan (A. lipoferum CRT1, A. brasilense UAP-154 et CFN-535). L’utilisation de ces outils a permis la comparaison de ces trois souches d’Azospirillum, chacune co-inoculée avec la souche P. fluorescens F113 productrice de DAPG, sur du maïs cultivé en sol non stérile. Les niveaux de colonisation racinaire différaient selon la souche d’Azospirillum, et la combinaison de microorganismes phytobénéfiques conduisait à une meilleure croissance du maïs par comparaison avec des plantes non inoculées. Les résultats suggèrent que des PGPR des genres Pseudomonas et Azospirillum peuvent être compatibles dans la rhizosphère d’une même plante, même si les premiers ont le potentiel d’inhiber certains des seconds par la production de métabolites secondaires antimicrobiens / Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) can form an associative symbiosis with plants, which results in stimulation of plant growth. PGPR harbour different phytobeneficial mechanisms (non-symbiotic nitrogen fixation, phytohormone synthesis, etc.). Various PGPR can interact with the same host plant, and it is possible that their phytobeneficial effects will be influenced by the interactions between these PGPR. The objective of this doctoral work was to characterize PGPR compatibility in the rhizosphere of the same host plant, in the case of model bacteria belonging to the genera Azospirillum and Pseudomonas. Because certain phytobeneficial Pseudomonas produce antimicrobial metabolites, such as 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), we have first examined if DAPG production capacity could be involved in Azospirillum inhibition. In vivo experiments, performed with P. fluorescens F113 and a DAPG-negative mutant in gnotobiotic systems, showed that root colonization and phytostimulation activity of certain Azospirillum PGPR was indeed affected in the presence of DAPG-producing Pseudomonas. In order to evaluate Azospirillum root colonization in non-sterile soil, real-time quantitative PCR tools were developed and validated for three prominent Azospirillum strains (A. lipoferum CRT1, A. brasilense UAP-154 and CFN-535). The use of these real-time PCR tools enabled the comparison of the three Azospirillum strains, each co-inoculated with the DAPG-producing strain P. fluorescens F113, in the rhizosphere of maize grown in non-sterile soil. Root colonization levels differed according to the Azospirillum strain, and the combination of phytobeneficial microorganisms led to enhanced maize growth in comparison with non-inoculated plants. These results suggest that PGPR belonging to the genera Pseudomonas and Azospirillum may be compatible in the rhizosphere of a same plant, even if the former have the potential to inhibit some of the latter by producing antimicrobial secondary metabolites

Les HAP contaminent de nombreux sols de friches industrielles. Leur dissipation par biodégradation est limitée par leur faible disponibilité. Nous avons étudié les facteurs contrôlant cette disponibilité dans les sols ainsi que les variables rhizosphériques qui la font varier. Nous avons préalablement défini que la disponibilité des HAP pouvait être estimée par une extraction en 30 heures sur une résine adsorbante, le Tenax®. Ce protocole a permis de comparer la disponibilité dans trois sols de friche et de déterminer les facteurs de contrôle de celle-ci. Le premier facteur est le diamètre des particules de black carbon qui sont la matrice porteuse de HAP. Ensuite, l’intensité d’agrégation par l’intermédiaire de ciments carbonatés est le deuxième facteur de contrôle important de la disponibilité des HAP. Des expériences de laboratoire ont montré que la disponibilité des HAP peut être influencée par des variables rhizosphériques. Ainsi, l’acidification d’un sol calcaire permet la dissolution des ciments carbonatés et augmente la disponibilité des HAP du fait de la désagrégation. L’alcalinisation quant à elle, augmente la disponibilité en diminuant les forces de sorption et parfois en décondensant la phase organique porteuse de HAP. En plus de son rôle acidifiant, l’acide citrique par ses propriétés complexantes permet d’augmenter la disponibilité des HAP de 40%. Les paramètres modifiés artificiellement au laboratoire ne sont pas toujours aussi facilement contrôlable in situ. Dans des expériences de terrain, nous avons vu qu’une alcalinisation artificielle du sol entraînait l’accroissement de la vitesse de dissipation des HAP. La culture de lupin blanc connu pour exsuder de l’acide citrique dans sa rhizosphère, a permis l’augmentation significative de la dissipation de l’anthracène, résultat très encourageant compte-tenu de la courte durée de culture et la relative phytotoxicité des sols étudiés / PAHs are present in many industrial wasteland soils. Their remediation using biological techniques remains limited because of their low availability. This work identifies some of the factors controlling this availability in soil and proposes management strategies able to modify it, focusing on plant assisted treatment. First, we have shown that PAHs availability can be estimated by a 30 hours extraction using a Tenax® resin. The analysis of PAHs availability for three wasteland soils showed that the size of black carbon particles, which is the main PAHs reservoir, and the aggregation intensity are the two main availability controlling factors. Laboratory experimentation also showed that this availability can be influenced by rhizosphere parameters. Acidification of a calcareous soil, in dissolving the carbonated cement, can increase PAHs availability by desaggregation. Soil alkalinisation, in decreasing sorption forces between PAHs and the solid matrix, may also increase availability. Citric acid has an effect even more pronounced than the pH alone. Its chelating properties can increase PAHs availability by 40%. Some of these laboratory results have been confirmed by in situ experiments. Indeed, a white lupine culture was able to increase anthracene dissipation for one of the tested wasteland soil over a 5 months period

Cette étude a été dédiée au développement d’une nouvelle approche de modélisation de la phytodisponibilité des éléments traces. Cette approche a été employée pour prédire l’adsorption du cuivre (Cu) sur des racines de blé et de tomate. Plusieurs techniques analytiques (titrages acido-basiques, résonance magnétique nucléaire, spectroscopie d’absorption X) ont été employées et croisées avec des résultats de modélisation. Dans un premier temps, la réactivité des racines a été caractérisée. Les racines étant constituées de parois apoplasmiques et de membranes plasmiques, la contribution respective de ces deux compartiments végétaux aux propriétés de complexation des racines a été évaluée. L’étude a ensuite été focalisée sur la complexation du Cu au sein des racines et sur l’évolution de cette complexation en fonction des conditions physico-chimiques du milieu. Grâce aux résultats obtenus sur la caractérisation des racines et à l’acquisition d’un jeu varié de données expérimentales sur la complexation du Cu, le modèle a pu être paramétré. Il a été montré que les propriétés de complexation des racines de blé et de tomate proviennent conjointement des membranes plasmiques et des parois apoplasmiques. La spéciation du Cu au sein des racines était partagée entre les composés pectiques des parois apoplasmiques et les protéines enchâssées à la fois dans les parois apoplasmiques et les membranes plasmiques. Un modèle propre aux racines a pu être développé sur la base d’un modèle existant dédié à la réactivité des substances humiques. Le modèle WHAM-THP, présenté dans cette étude, est un premier pas vers un nouvel outil d’évaluation de la phytodisponibilité des éléments traces. / This study has been dedicated to the development of a new modeling approach of trace element phytoavailability, focusing on binding reactions between trace element and plant roots. This approach was used to predict copper (Cu) adsorption on wheat and tomato roots. Several analytical techniques (acid-base titrations, nuclear magnetic resonance of carbon 13, X-ray absorption spectroscopy) were used and crossed with modeling results. At first, plant root reactivity was characterized. Because plant roots are consist of cell walls and plasma membranes, the relative contribution of these two compartments in root binding properties was evaluated. The study was then focused on Cu binding reactions on roots and the effects of physico-chemical conditions (pH, ionic strength, presence of cations) on copper binding. The model has been set thanks to results on root characterization obtained and the acquisition of a set of experimental data on Cu binding. It has been shown that binding properties of wheat and tomato roots came from both cell walls and plasma membranes. Copper speciation in roots was shared, almost evenly, between cell wall pectic compounds and proteins embedded in cell walls and plasma membranes. A model, specific to plant roots, has been developed on the basis of a current model dedicated to the humic substances reactivity. The WHAM-Terrestrial Higher Plants model presented in this study is a first step towards a new tool for assessing the availability of trace elements for plants.

Les bactéries du sol produisant des antifongiques comme le 2,4-diacétylphloroglucinol(DAPG) protègent les racines des plantes vis-à-vis des champignons phytopathogènes. Néanmoins, les conditions de fonctionnement de ces populations bactériennes dans le sol restent très mal connues. Dans certains sols, dits résistants aux maladies, ces bactéries phytoprotectrices sont présentes à des effectifs importants et leur activité est suffisante pour protéger la plante malgré la présence du pathogène. L'objectif de cette thèse a été de comprendre la relation entre la résistance des sols à la maladie de la pourriture noire des racines de tabac, et la fonction de synthèse du DAPG chez les bactéries du genre Pseudomonas. Dans la situation de référence de Morens (Suisse), les sols résistants diffèrent des sols sensibles par la présence de vermiculite, argile capable de relarguer du fer. On sait que la présence de vermiculite améliore la phytoprotection assurée par les Pseudomonas producteurs de DAPG, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents restent inconnus. Dans un premier temps, la quantification de ces bactéries par une nouvelle méthode de PCR quantitative développée ici, a confirmé que leurs effectifs sont élevés dans les sols résistants, mais aussi dans les sols sensibles, suggérant que la résistance puise plutôt dépendre d'une plus forte expression de la fonction de synthèse du DAPG. Dans un second temps, l'étude de l'expression des gènes de synthèse du DAPG en système de sol artificiel, à l'aide de la souche rapportrice P. protegens phlA-gfp, a montré que la présence de vermiculite dans le sol se traduit par une plus forte biodisponibilité du fer pour les Pseudomonas, induisant une plus forte expression des gènes de synthèse du DAPG et la protection du tabac. En conclusion, la résistance des sols de Morens à la maladie de la pourriture noire des racines est conditionnée par plusieurs facteurs abiotiques et biotiques, dont la biodisponibilité du fer qui régule l'expression des gènes de synthèse du DAPG chez Pseudomonas / Soil bacteria producing antimicrobial compounds like 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG) protect plants from soil-borne phytopathogens. Nevertheless, the functioning of these bacterial populations in the soil is largely unknown. In certain soils, termed disease- suppressive soils, these bacteria are present at high numbers and their activity is sufficient to assure effective plant protection in the presence of the pathogen. The aim of this thesis was to understand the relation between soil suppressiveness towards black root rot of tobacco, and the 2,4-diacetylphloroglucinol synthesis ability of certain Pseudomonas. In Morens region (Switzerland), suppressive soils differ from conducive soil by the presence of vermiculite, an iron-releasing clay. It is known that DAPG-producing Pseudomonas provide better plant protection in the presence of vermiculite, but the molecular basis of this interaction is still unknown. First, the quantification of these bacteria, through a new real-time PCR method developed here, confirmed that high numbers of DAPG-producing Pseudomonas occur in suppressive soils, as well as in conducive ones, raising the possibility that suppressiveness depends rather on a higher expression of DAPG synthetic genes. Second, expression studies of DAPG synthetic genes using a P. protegens ph/A- gfp reporter strain and artificial soil systems, confirmed that the presence of vermiculite in the soil can translate into higher iron bioavailability for Pseudomonas, triggering higher expression of DAPG synthetic genes and effective plant protection. In conclusion, black root rot suppressiveness of Morens soils is determined by several abiotic and biotic factors, among which iron bioavailability regulating the expression of DAPG synthetic genes in plant-protecting Pseudomonas

La spécificité d'hôte est un concept fondamental pour comprendre les mécanismes évolutifs ayant abouti aux interactions étroites entre les bactéries et les plantes. Les études réalisées sur la coopération entre les bactéries rhizosphériques phytostimulatrices (PGPR) et les plantes suggèrent que la spécificité serait régie soit par une adaptation souchespécifique de la bactérie à des caractères aspécifiques de la plante, soit par une adaptation aspécifique de la bactérie à des propriétés spécifiques d'un génotype de plante. Ainsi, nous formulons l'hypothèse que ces adaptations se traduisent par la régulation de nombreux gènes indépendamment de leur implication directe dans l'effet phytobénéfique. Ces régulations pourraient dépendre de la combinaison souche bactérienne/génotype de plante considérée. L'objectif de ce travail est de mettre en évidence les gènes impliqués dans l'adaptation des partenaires l'un à l'autre et ceux impliqués dans la spécificité, au cours de la coopération PGPR-plantes. Pour cela, nous avons choisi comme modèle d'étude l'interaction entre Azospirillum lipoferum 4B et les céréales (blé, maïs, riz cultivars Cigalon et Nipponbare) avec un accent porté sur l'expression des gènes des deux partenaires de la coopération A. lipoferum 4B-riz. Les résultats de transcriptomique sur puce soulignent l'importance des mécanismes de réponse au stress oxydatif au cours de l'adaptation des partenaires l'un à l'autre ainsi que la mise en place de réseaux de régulation complexes. De nombreux gènes présentent un profil d'expression qui dépend de la combinaison souche/cultivar, suggérant que des mécanismes évolutifs ont conduit à une interaction préférentielle entre une souche et son cultivar d'origine / Host specificity is a fundamental concept in understanding evolutionary processes leading to intimate interactions between bacteria and plants. In the case of Plant Growth- Promoting Rhizobacteria (PGPR) specificity appears to be controlled either by a strainspecific bacterial adaptation to non-specific traits of the host plant or by non-specific bacterial adaptation to genotype-specific properties of the host plant. Thus, we hypothesize that these adaptations result in the regulation of a large number of genes, independently of their direct involvement in phytostimulation. These regulations may depend on the bacterial strain / plant genotype combination. This work aims at identifying genes involved in reciprocal adaptation of partners and those involved in host specificity in PGPR-plant cooperation. As a model, we studied the interaction between Azospirillum lipoferum 4B and cereals (wheat, corn, rice cultivars Nipponbare and Cigalon), with an emphasis on gene expression of both partners during A. lipoferum 4B-rice cooperation. Microarray transcriptomic results highlight the importance of mechanisms implicated in response to oxidative stress as well as a tight adjustment of regulatory networks during the adaptation of both partners to each other. Many genes display expression profile that depends on the strain/cultivar combination, suggesting that evolutionary processes have led to a preferential interaction between a strain and its original cultivar

Les systèmes à deux composants jouent un rôle prépondérant dans l'adaptation des bactéries à leur environnement. L'objectif de ce travail de thèse était d'identifier et de caractériser des systèmes à deux composants chez la bactérie phytostimulatrice Azospirillum nécessaires à l'adaptation à la rhizosphère de sa plante-hôte. L'analyse de la distribution génomique des gènes appartenant à la famille des systèmes à deux composants dans les génomes d'Azospirillum disponibles a révélé l'existence d'un grand nombre de gènes codant des hisitidine kinases hybrides, et une analyse plus approfondie a montré une organisation multidomaines complexe de cette famille de protéines. Afin de comprendre leur rôle chez Azospirillum, nous avons, dans un premier temps, sélectionné et inactivé quatre gènes codant des histidine kinases hybrides présentant une architecture multidomaines complexe. A l'aide d'une approche multidisciplinaire combinant génétique, biochimie et phylogénie, nous avons mis en évidence pour la première fois chez Azospirillum, un système atypique à trois-composants nommé PreSKR contrôlant un grand nombre de processus impliqués dans la survie et la colonisation de la rhizosphère, qui agirait en modulant le taux intracellulaire de c-di-GMP. Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur une histidine kinase hybride exprimée au contact de la plante hôte ; cette protéine, appelée RsiK, s'avère être impliquée dans la perception de surfaces et la régulation de la formation de biofilms. L'analyse du régulon par RNA-seq a révèlé que 78 gènes étaient contrôlés par ce système. La prévalence de la famille des histidine kinases hybrides chez Azospirillum couplée à l'approche fonctionnelle réalisée sur deux d'entre elle souligne l'importance des phosphorelais encore largement méconnus chez les bactéries rhizosphériques / Bacterial two-component systems play an important role in the ability of bacteria to adapt to various environments. The aim of this thesis was to identify and characterize two-component systems involved in the adaptation of the phytostimulatory bacteria Azospirillum to its host plant. Analysis of the genomic distribution of genes encoding two-component systems across Azospirillum available genomes revealed the existence of a high number of genes encoding hybrid histidine kinases, and further analyses highlighted a complex multi-domain organization of this family of proteins. In order to understand their role in Azospirillum, as a first step we selected and inactivated four genes encoding complex hybrid histidines kinases. Using a multidisciplinary approach which combines genetics, biochemistry and phylogeny, we brought to light for the first time in Azospirillum, an atypical three-component system named PreSKR which controls a wide variety of processes involved in survival and rhizosphere colonization likely by modulating c-di-GMP levels. As a second step, we focused on a gene encoding a hybrid histidine kinase named RsiK which is induced in contact with its host plant. RsiK is involved in surface sensing and biofilm formation regulation. Transcriptomic analysis of rsiK regulon by RNA-seq showed that 78 genes were under the control of this system. The prevalence of genes encoding hybrid histidine kinase family in Azospirillum, coupled with the functional characterization of two of them, highlight the importance of phosphorelays, still largely unrecognized in rhizospheric bacteria