La rhizosphère est le siège de multiples interactions biotiques, contrôlées au moins en partie par l’échange de molécules signal entre les racines des plantes et les microorganismes qui leur sont associés. Dans le contexte des symbioses associatives entre les PGPR (Plant-Growth Promoting Rhizobacteria) et les plantes, le rôle et l’importance de ces molécules restent encore largement méconnus. Ainsi, l’influence de différents signaux rhizosphériques sur l’expression génique et les propriétés phytobénéfiques des PGPR a été étudiée par, (i) la caractérisation chimique d’une nouvelle molécule phytobénéfique d’Azospirillum et de son impact sur l’architecture du système racinaire, (ii) une approche ciblée portant sur l’analyse de l’expression in situ du gène phytobénéfique acdS de PGPR, et (iii) une approche globale permettant d’identifier la réponse du transcriptome d’Azospirillum à un métabolite secondaire bactérien. Ces travaux ont permis d’identifier des signaux rhizosphériques impliqués dans le contrôle de la colonisation racinaire et/ou des propriétés de phytostimulation des PGPR sur leur plante hôte / In rhizosphere, numerous biotic interactions are controlled by molecular signals exchanged between plant roots and microorganisms. In the case of the associative symbiosis between PGPR (Plant-Growth Promoting Rhizobacteria) and plants, the role and importance of these molecules are largely unknown. The impact of several rhizospheric signals on PGPR gene expression and plant beneficial properties was thus studied by performing (i) the chemical characterization of a new Azospirillum plant-stimulatory molecule whose positive impact on root development was revealed, (ii) an approach targeting the in situ expression of the acdS plant beneficial gene in PGPR, and (iii) a global approach to identify the Azospirillum transcriptomic response to a bacterial secondary metabolite. This works allowed the identification of rhizospheric signals controlling PGPR root colonization and/or plant growth promotion

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 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