Caractérisation phénotypique et génotypique d'endophytes nodulaires de l'aulne et étude de leurs interactions

Abstract

Les aulnes, des arbustes rustiques indigènes au Canada, peuvent coloniser des environnements perturbés grâce en partie à leurs symbioses avec des microorganismes bénéfiques. Les bactéries filamenteuses du genre Frankia, par exemple, forment des structures spécialisées appelées nodules sur les racines d'aulnes qui permettent une fixation d'azote atmosphérique suffisante pour combler les besoins en cet élément essentiel pour la plante, un phénomène nommé symbiose actinorhizienne. Ces caractéristiques font des aulnes crispés et rugueux des candidats de choix pour la revégétalisation de sites anthropisés comme des sites miniers au Québec.

D’autres bactéries que Frankia ont été retrouvées dans des nodules de diverses plantes actinorhiziennes, mais cette exploration n'a pas à ce jour été effectuée chez les aulnes crispés et rugueux de l'Amérique du Nord. L'objectif de cette thèse est donc d'isoler et caractériser des souches bactériennes endophytes des nodules de ces deux espèces végétales. Une diversité microbienne surprenante a été isolée d'aulnes gnotobiotiques inoculés avec des échantillons environnementaux provenant de la mine Sigma à Val-d'Or, Qc, et des traits associés à une promotion de la croissance végétale ont été détectés parmi les isolats. Plusieurs isolats peuvent sécréter des hormones végétales auxiniques, solubiliser des phosphates inorganiques et mobiliser le fer à l'aide de sidérophores.

Le séquençage génomique d'une sélection d'isolats a aussi révélé une grande diversité de capacités métaboliques, dont des gènes associés à la promotion de la croissance végétale. Des gènes liés à la synthèse et manipulation de niveaux d'hormones végétales ont été répertoriés, tout comme des gènes de synthèse de nombreux métallophores et des gènes associés à la solubilisation et la mobilisation de sources de phosphore. Des gènes de résistance aux métaux lourds, xénobiotiques organiques et espèces réactives de l'oxygène ont été retrouvés chez bon nombre d'isolats et quelques gènes associés à des activités de biocontrôle d'agents phytopathogènes ont été identifiés. Les isolats endophytes nodulaires non-Frankia (NFNE) sembleraient donc posséder dans l'ensemble une panoplie de capacités métaboliques potentiellement favorables à l'établissement et la croissance d'aulnes en environnement stressant.

Afin d'évaluer les interactions entre l'actinobactérie Frankia et les NFNE, des expériences de culture en présence de surnageants et de cocultures ont été effectuées. Une inhibition significative de la croissance de Frankia par plusieurs NFNE a été observée de même que des modifications morphologiques, au niveau de la formation de structures de résistance au stress. Le surnageant de culture de certains isolats s'est avéré inhibiteur alors que leur surnageant de coculture Frankia-NFNE était neutre ou même stimulateur sur la croissance de Frankia sp. ACN10a. La présence de Frankia a également causé une augmentation de la concentration en hormones auxiniques et composés indoliques connexes dans le surnageant de NFNE du genre Serratia.

Les données de séquençage génomique ont aussi révélé bon nombre de gènes associés à des interactions entre microorganismes. Des gènes de synthèse de molécules de quorum sensing, de synthèse de molécules antibiotiques et de synthèse de métallophores ont été répertoriés parmi les génomes de NFNE et de Frankia.

Les résultats et analyses compris dans cette thèse constituent une exploration approfondie de la niche écologique qu'est le nodule actinorhizien de l'aulne, jusqu'à maintenant très peu caractérisée. Ce sont les éléments prérequis à mieux comprendre la symbiose actinorhizienne dans son ensemble et établir un portrait des capacités et caprices du microbiote nodulaire pour potentiellement en tirer des applications biotechnologiques et améliorer les pratiques actuelles employant des aulnes.