Analyses de l’exudation en réponse à des carences élémentaires

Site web :

https://www6.dijon.inrae.fr/umragroecologie

L'UMR Agroécologie est un centre de recherche qui travaille sur le développement d'une agriculture durable, permettant une production qualitativement et quantitativement en phase avec les besoins alimentaires, tout en respectant l’environnement. Les recherches développées visent à progresser dans notre connaissance des interactions biotiques (en particulier plantes-plantes et plantes-microorganismes) au sein des agrosystèmes afin de concevoir des systèmes de culture innovants respectueux de l’environnement. Ainsi, les recherches développées répondent à deux enjeux majeurs qui sont de :

Analyser, comprendre et agir sur les interactions et régulations au sein des communautés à différentes échelles spatiales et temporelles ;

Proposer des systèmes de culture innovants permettant d’assurer une production agricole de qualité, en quantité suffisante, tout en respectant la qualité de l’environnement.

Ces recherches sont conduites à différents niveaux d’intégration (de la molécule à la communauté) et d’échelles spatio-temporelles (microcosme, parcelle, paysage, cycle de culture, rotation,…). Elles mettent en œuvre des expertises complémentaires dans les domaines de l’agronomie, de l’écologie, de biologie, la physiologie et l’écophysiologie, la génétique, la microbiologie, la modélisation.

Enjeux et objectifs

Les légumineuses sont une des figures de proue de l’agroécologie en raison (1) de leur croissance sans apport d’N, (2) de leur effet précédent azoté dans les rotations culturales mais aussi (3) en diversifiant les systèmes agricoles et cassant ainsi le cycle de maladies et ravageurs (Voisin et al., 2014). Elles sont cultivées pour leur graines riches en protéines à des fins de nutritions animales et de plus en plus pour la nutrition humaine. Malgré leurs avantages pléthoriques, les légumineuses sont peu cultivées en France et en Europe car leur rendement et la qualité de leur produits sont fortement affectés par les stress environnementaux tels que les sécheresses. En effet, une des conséquences directes du changement climatique est l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses (GIEC, 2021). Le stress hydrique affecte la croissance, le rendement, la fixation d’azote, l’architecture racinaire, l’anatomie des racines, l’acquisition des ressources hydrominérales du sol et la l’exsudation des légumineuses (Mahieu et al., 2009 ; Salon et al., 2011 ; Prudent et al., 2016). Il représente donc un déficit hydrique mais aussi des déficiences minérales qui fragilisent la plante et impactent la qualité nutritionnelle de leur produits récoltés.

L’exsudation racinaire est un flux de molécules des racines vers le sol qui modulent les propriétés physico-chimiques du sol ainsi que la structure des communautés microbiennes de la rhizosphère afin d’optimiser (i) la nutrition minérale et (i) la résistance aux stress biotiques et abiotique de la plante. Les microorganismes de la rhizosphère peuvent être (i) bénéfiques et seront recrutés par exsudation de composés signalétiques et trophiques, ou (ii) pathogènes, et repoussés par l’exsudation de composés cytotoxiques (Sasse et al., 2018). Dans un contexte de transition agroécologique, la régulation de l’exsudation apparait donc comme un levier pour améliorer la nutrition minérale des plantes et la fertilité des sols dans des agrosystèmes à faibles intrant, notamment via le pilotage les communautés microbiennes. La littérature pointe les métabolites primaires comme des composants principaux de l’exsudation. Les sucres, acides aminés et acides organiques sont majoritaires dans les exsudats et semblent impliqués dans les relations trophiques entre les plantes et les communautés microbiennes. Parallèlement, certains métabolites secondaires comme les terpènes et les polyphénols ont été  identifiés par des études récentes comme des leviers potentiels de pilotage des communautés microbiennes avec des actions cytotoxiques et signalétiques (Huang et al., 2019 ; Preece et al. 2016 ; VanDam & Bouwmeester, 2016). Ces molécules peuvent aussi augmenter la disponibilité des éléments via le pH, la dé-complexation d’élément ou leur chélation.

S’il est largement documenté que le stress hydrique est associé à une déficience minérale, les carences élémentaires présentent de nombreuses interactions qui limitent notre compréhension de l’impact du stress hydrique sur l’acquisition hydrominérale de la plante (Baxter et al., 2008 ; Salt et al., 2008 ; Gregory et al., 2012 ; Barzana et al., 2021). En effet, l’observation d’une carence élémentaire en réponse au stress hydrique peut être causée par le stress hydrique, ou une carence d’un autre élément. Connaitre ces interactions permettrait de diminuer les intrant et d’optimiser leur composition ou encore de mobiliser l’exsudation de composés facilitant l’acquisition d’éléments ciblés. Ce projet propose donc d’étudier les réponses d’exsudation du pois à des carences élémentaires afin d’identifier des exsudats susceptibles de faciliter/d’optimiser l’acquisition hydrominérale. Il cherche à identifier s’il y a des réponses d’exsudation communes ou spécifiques aux carences élémentaires.  

Approche

Des plantes de pois seront cultivées en hydroponique puis soumises à des carences élémentaires. 12 carence en condition de fixation symbiotique (N-) seront comparées à des témoins. Des données d’allocation de C, N, d’acquisition hydrominérales et d’exsudation seront collectées.

Le stage consistera en plusieurs étapes :

-Une analyse biochimie des exsudats et des tissus.   

-Une analyse des données de métabolomique collectées sur tissus

-L’élaboration d’hypothèses sur les réponses d’exsudation en condition de carence minérales   

Compétences recherchée 

Compétences en biologie végetales

Connaissances en biochimie – métabolomique – chimie organique

Compétences en analyse de données