Caractérisation de la communauté bactérienne impliquée dans la minéralisation du soufre organique dans les rhizosphères de colza et d'orge, Characterization of bacterial community involved in the mineralization of organic sulfur in the rhizospheres of rapeseed and barley

Mickaël Cregut

Description

Sous la direction de Emile Benizri, Séverine Piutti
Thèse soutenue le 27 mai 2009: INPL
Depuis une trentaine d’années, l’élément soufre (S) est devenu un des éléments les plus limitants pour la croissance des cultures du fait de nombreux facteurs, comme les nouvelles pratiques de gestion des sols et la limitation des pollutions anthropiques. Ainsi, des carences en S apparaissent au sein des cultures et particulièrement en Europe de l’Ouest. Nos objectifs ont été d’appréhender la communauté bactérienne fonctionnelle du sol qui, de par son activité arylsulfatase, permet la minéralisation de la forme majoritaire du S en sulfate (forme de S assimilée par les plantes). D’après nos résultats, la densité de cette communauté bactérienne fonctionnelle est plus importante dans les environnements où le S est potentiellement plus limitant (rhizosphère de colza vs orge). De plus, cette communauté fonctionnelle apparaît diversifiée et est notamment composée de divers genres bactériens affiliés à de nombreuses classes taxonomiques (Actinobactéries, Firmicutes, a-, ß-, d-, ?-protéobactéries et aux Planctomycètes). De plus, au sein de la rhizosphère du colza, des variations temporelles de structure et de diversité de cette communauté fonctionnelle ont également été mises en évidence. En conclusion, l’ensemble des expérimentations semble mettre en évidence, que la communauté bactérienne fonctionnelle minéralisant les esters de sulfate apparaît stimulée sous colza comparée à celle présente sous orge. Ces résultats laissent présager le rôle potentiel de cette communauté fonctionnelle dans le turn-over du S dans les sols agricoles et la mise en place d’approches d’écologie fonctionnelle supplémentaires permettrait de mieux cerner son implication dans la nutrition soufrée des cultures
-Arylsulfatase
-AtsA
-Esters de sulfate
-Activité arylsulfatase
-Communauté bactérienne fonctionnelle
-Rhizosphère
-Colza
-Orge
Over the past thirty years, Sulfur (S) has become one of the most limiting element for crop growth due to many factors, such as new soil management practices and depletion of the anthropogenic pollution. Thus, S deficiencies increase in crops, particularly in Western Europe. Our objectives were to apprehend the soil functional bacterial community which, by its arylsulfatase activity, allows the mineralization of the majority form of S to sulfate (form of S assimilated by plants). Based on our results, the density of the functional bacterial community are higher in environments where S is potentially limiting (rapeseed rhizosphere vs. barley rhizosphere). Moreover, this functional community appeared diverse and belonging to several taxonomic classes (Actinobacteria, firmicutes, a-, ß-, d-, ?-proteobacteria and Planctomycetea). In addition, in the rapeseed rhizosphere, temporal variations of the structure and diversity of this functional community have also been highlighted. In conclusion, our experiments appear to demonstrate that this functional bacterial community mineralizing sulphate esters appeared stimulated in rapeseed rhizosphere compared to that present in barley rhizosphere. However, the establishment of new approaches to allow additional functional ecology bases for this community should be made to allow a better understanding of its potential involvement in sulfur nutrition of crops
-Arylsulfatase
-Rhizosphere
-Rapeseed
-Barley
-Arylsulfatase activity
-AtsA
-Sulphate esters
-Functional bacterial community
Source: http://www.theses.fr/2009INPL025N/document

Sujets

• Atsa
• Rhizosphère
• Colza
• Orge commune

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 191
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

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Ecole Doctorale RP2E
UMR INPL(ENSAIA)-INRA 1121 Agronomie et Environnement


Thèse

Présentée pour l’obtention du titre de

Docteur de l’INPL
En Sciences Agronomiques

Par

Mickaël CREGUT



Caractérisation de la communauté bactérienne impliquée
dans la minéralisation du soufre organique dans les
rhizosphères de colza et d'orge


Soutenue publiquement le 27 Mai 2009, devant le jury composé de :

M. Alain BRAUMAN Directeur de Recherches, IRD, Montpellier Rapporteur
M. Georges BARBIER Professeur, Université de Bretagne Occidentale, Brest Rapporteur
M. Laurent PHILIPPOT Recherches, INRA, Dijon Examinateur
M. Jean-Marie MACHET Ingénieur de s, INRA, Laon- Reims- Mons Examinateur
M. Luc CHAMPOLIVIER Ingénieur au CETIOM, Toulouse Exam
Mlle Séverine PIUTTI Maître de Conférences, ENSAIA-INPL, Nancy Examinatrice
M. Emile BENIZRI Professeur, ENSAIA-INPL, Nancy Examinateur


2
Remerciements

Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés à l’UMR Agronomie et
Environnement INPL-ENSAIA-INRA de Nancy. Je tiens à exprimer, au travers de ces
quelques lignes, toute ma reconnaissance envers les personnes qui ont contribué directement
ou indirectement à ce travail.

Je tiens avant tout a exprimer toute ma gratitude envers Mademoiselle Séverine Piutti, Maître
de Conférences, et Monsieur Emile Benizri, Professeur à l’ENSAIA, qui m’ont offert
l’opportunité de réaliser cette thèse. Je les remercie notamment pour le temps qu’ils m’ont
consacré notamment pour la lecture du manuscrit, des articles en préparation, ainsi que pour
les conseils avisés qu’ils m’ont prodigués.

Je voudrais vivement remercier les chercheurs qui ont participé au jury de cette thèse :
Monsieur Alain Brauman, Directeur de Recherches de l’IRD de Montpellier, Monsieur
Georges Barbier, Professeur de l’Université Européenne de Bretagne, Monsieur Jean Marie
Machet, Ingénieur de Recherches de l’INRA à Laon et Monsieur Luc Champolivier,
Ingénieur du CETIOM à Toulouse. Enfin, je tiens tout particulièrement à adresser mes
sincères remerciements à Monsieur Laurent Philippot, Directeur de Recherches de l’INRA
de Dijon, pour m’avoir donné le goût de la recherche en Master 2 et pour son accueil au cours
de mes différentes missions effectué au CMSE de l’INRA.

Je voudrais également remercier les chercheurs qui ont participé au comité de pilotage de
cette thèse : Madame Sylvie Recous, Directeur de Recherches de l’INRA à Reims, Monsieur
Yvan Moenne-Loccoz, Professeur de l’Université Claude Bernard Lyon 1, Monsieur Fabrice
Martin-Laurent, Directeur de Recherches de l’INRA de Dijon, Monsieur Xavier Pinochet,
Ingénieur du CETIOM à Toulouse et Monsieur Alain Hehn, Maître de Conférences à
l’ENSAIA.

Je tiens à présenter toute ma sympathie et ma reconnaissance pour les bons moments passés
en salle de pause, en salle de manip, dans la « thésards-vallée » et en extérieur à Isabelle
Crovisier, Sonia Henry, Marion Devers, Camille Bénard, Flore Biteau, Sissi Miguel,
Martine Callier, Lama Hamdan, Emmanuelle Personeni, Etienne Gaujour, Romain
Larbat, P’tit Ben, Benoît Mignard, µSeb, Moyen Seb (Sébastien Goujon), Grand Seb
(Sébastien Doerper), Christophe Dambreville, Alexandre Olry …

Merci aussi à tous ceux qui ont contribué de loin ou de près à mes recherches au travers de
discussions et de leur soutien : Sophie Slezack-Deschaumes et Phuy-Chhoy Vong, sans
oublier Thamara Olivier.

Je voudrais également remercier les absents du jour de ma soutenance : Madame Stéphanie
Hallet, Technicienne de l’INRA à Dijon, Monsieur Fabrice Martin-Laurent, Directeur de
Recherches, Monsieur Christophe Mougel, Chargé de Recherches et Monsieur David Bru,
Assistant Ingénieur de l’INRA à Dijon. Merci, à vous tous, qui avaient également contribué à
ma formation.

Enfin, un grand merci à mes parents et à ma famille, pour leur soutien sans faille et
continuel.

Angélique, je ne t’oublie pas !
3
4
Sommaire
Contexte général...................................................................................................................... 9
Chapitre 1. .............................................................................................................................. 13
1. La rhizosphère.................................................................................................................. 15
1.1. Définition de la rhizosphère ...................................................................................... 15
1.2. Nature et classification des rhizodépôts.................................................................... 15
1.3. Rôles des rhizodépôts sur la microflore rhizosphérique ........................................... 17
1.4. Impacts des rhizodépôts sur les cycles des éléments minéraux ................................ 18
2. Le Soufre.......................................................................................................................... 20
2.1. Contexte Agronomique ............................................................................................. 20
2.2. Entrées et sorties de S dans les sols........................................................................... 21
2.3. Les Carences en soufre au sein des cultures ............................................................. 22
2.4. Le soufre dans le sol.................................................................................................. 24
2.5. La dynamique du soufre............................................................................................ 26
3. Le métabolisme soufré chez les bactéries ........................................................................ 29
3.1. Assimilation du soufre par les microorganismes ...................................................... 29
3.2. Le métabolisme soufré chez les bactéries en situation de carences en sources de
soufre directement assimilables ....................................................................................... 32
4. Les différentes formes de soufre organique et leur assimilation chez les bactéries......... 35
4.1. Les différentes formes de soufre du sol assimilées par les microorganismes........... 35
4.2. Les enzymes microbiennes impliquées dans la dégradation des sources de soufre
organique du sol ............................................................................................................... 36
4.3. L’arylsulfatase enzyme clef du cycle du soufre ? ..................................................... 41
4.4. La régulation des arylsulfatases ................................................................................ 43
5. Références bibliographiques ............................................................................................ 50
Chapitre 2. .............................................................................................................................. 69
Résumé................................................................................................................................. 71
Mots-clefs............................................................................................................................. 71
1. Introduction ...................................................................................................................... 73
2. Matériel et Méthodes........................................................................................................ 74
2.1. Prélèvements et Sol.......................................................................................................... 74
2.2. Extraction et purification de l’ADN de sol .......