QCBS Students

Jean-Baptiste FLOC'H

Université de Montréal
M.Sc. candidate

Supervisor: Marc St-Arnaud
Start: 2016-09-01


Project
Etude des interactions biotiques du microbiome rhizosphérique du Canola
L’agriculture dans le monde fait face à un défi important : comment s’adapter alors que la pression sur les milieux naturels et les terres arables se fait de plus en plus présente ? Du fait du réchauffement climatique, les moyens de production agronomique conventionnels commencent à montrer leurs limites et il devient alors nécessaire de les améliorer (Godfray et al., 2010). Parmi les grands producteurs de ce monde, le Canada est une figure incontestable. En 2016, le pays exportait plus de 13 M de tonnes de blé et 9 M de tonnes de canola (Canadian Grain Commission, 2016). Ces deux productions sont les plus importantes au Canada et ont un poids certain dans son économie. Depuis 2007 rien qu’en ce qui concerne la production de canola, les bénéfices sont chiffrés à 15,4 milliards de dollars CAD par an (Rempel et al., 2014) en regroupant les bénéfices de l’industrie et des producteurs. Cette culture de canola est surtout produite au Manitoba, en Alberta et en Saskatchewan. Le canola est utilisé pour produire des biocarburants, de l’huile de table et du tourteau fourrager. Cette multiplicité d’usage lui confère une haute valeur ajoutée et les producteurs ont donc tout intérêt à maximiser la production en intensifiant leurs cultures de canola. Le canola est un terme désignant les variétés des plantes du genre Brassica (Brassica napus L., Brassica rapa L., Brassica juncea L.) contenant dans leurs tissus moins de 2% d’acide érucique et dont leur tourteau contient moins de 30 µM/g de glucosinolates aliphatiques, deux composés nuisibles à la digestion (Canola-Council-of-Canada). Cette appellation a été créée par sélection d’hybrides dans les années 1970 au Canada par des chercheurs d’Agriculture Canada et de l’Universités du Manitoba. Depuis lors, son utilisation et sa culture n’ont cessé de croître à tel point que la culture du canola constitue actuellement une production agricole de grande importance économique pour le Canada. Cette plante est utilisée pour la production d’huile de table et d’agro-carburants et son tourteau est destiné à l’élevage d’animaux (Rempel et al., 2014). La multiplicité de ses usages lui donne une valeur ajoutée nettement plus élevée que les céréales, ce qui incite les exploitants agricoles à augmenter la fréquence du canola dans les systèmes culturaux. Les études portant sur les maladies liées à sa culture remontent aux années 1980 et sont bien renseignées à l’heure actuelle. Cependant en ce qui concerne les interactions biotiques de la rhizosphère, nos connaissances restent limitées. Les dynamiques écologiques du sol et les fonctions des microorganismes qui y résident jouent un rôle clef dans la compréhension et l’optimisation des moyens de production du canola. Le canola comme la majorité des plantes sur terre établit des interactions biologiques avec des organismes microbiens [champignons et bactéries] au sein de son système racinaire (Farina et al., 2012). Ces interactions peuvent être mutualistes, commensales ou parasitaires. Cette communauté microbienne de la rhizosphère de la plante est importante en ce qui concerne l’assimilation des nutriments de cette dernière. Elle joue un rôle important dans le cycle de l’azote dans le sol, notamment par la dénitrification (Vessey et al., 2014). L’azote (N) est le facteur qui limite le plus la production de canola, et le canola reçoit une fertilisation azotée abondante ce qui pose des risques de pollution de l’air et de l’eau. Mon projet s’inscrit dans la continuité des travaux réalisés par (Harker et al., 2015) et (Gan et al., 2015) tout en ayant la finalité globale d’améliorer la production du canola et de diminuer l’impact environnemental de sa culture. Dans leur étude, Harker et al. (2015) ont montré que les assolements avaient un impact positif sur le rendement du canola : pour chaque hausse annuelle de cultures dans la rotation, leur rendement de canola augmentait de 0.20 à 0.30 Mg par hectare. Gan et al. (2015) quant à eux ont montré que les rotations de cultures comportant des plantes de la famille des Fabaceae favorisaient la productivité des agrosystèmes, augmentant la disponibilité en azote dans le sol. Le but principal de mon étude est de déterminer les effets des différentes rotations de cultures sur la structure des communautés microbiennes de la rhizosphère du canola et explorer l’impact de ces effets sur la partie souterraine du cycle de l’azote, notamment la dénitrification. La succession de différentes cultures d’années en années, notamment pour ce qui est des légumineuses à graines et des céréales comme le blé ou l’orge, devrait entrainer une modification de la diversité et de la structure des microorganismes du sol. Et si ces rotations sont bénéfiques au rendement du canola, il serait alors possible de mettre en lumière de certains taxons favorisant la culture du canola. Ils pourraient ouvrir des perspectives d’amélioration de la production grâce à de l’ingénierie écologique, aboutissant à la création d’inoculum bénéficiant aux cultures, à la sélection de cultivars de canola s’associant préférentiellement avec des communautés bénéfiques et à la détermination des meilleures pratiques agricoles favorisant l’installation des microbes de ces communautés dans la rhizosphère. L’ensemble des microorganismes que l’on trouve dans les racines du canola forment le pan-microbiome, selon la définition de (Vandenkoornhuyse et al., 2015). Cet ensemble microbien inféodé au système racinaire présente des caractéristiques qui peuvent varier en fonction du type de sol, du climat et probablement des rotations de cultures. Cependant, il est possible que des groupes de taxons soient présents peu importent les conditions abiotiques du milieu. Ces derniers sont inféodés à la rhizosphère de la plante et vraisemblablement favorisés par la plante tout au long de son existence (Rout, 2014), c’est le core-microbiome strict. On peut aussi raisonner en matière de rôle écologique et regrouper les taxons toujours présents et liés à un certain milieu. On nomme ce groupe l’éco-microbiome. Enfin, le dernier groupe que l’on peut différentier est le microbiome non partagé qui regroupe les organismes qui ne sont pas spécifiquement liés au canola mais qui sont présent dans la rhizosphère, la diversité de ce groupe peut varier d’un plan de canola à l’autre. L’étude de ces taxons est d’importance, en effet déterminer quel sont ces taxons et quelles sont leur variation, pourrait permettre d’importantes avancées en matière de gestion des communautés microbienne et notamment des communautés pathogènes au sein des agrosystèmes L’étude du fonctionnement de ces communautés au sein de l’écosystème racinaire nécessite aussi l’utilisation de logiciels de prédiction de fonction microbienne. Cela constitue une approche nouvelle (Langille et al., 2013, Nguyen et al., 2016) qui permet d’obtenir des renseignements complémentaires à nos analyses afin d’accéder à une vision plus précise des interactions qui peuvent se dérouler au sein de la rhizosphère. En effet, la majorité des taxons bactériens nous sont inconnus (Hug et al., 2016) ce qui complique leur étude. La prédiction de fonction permet alors d’avoir un aperçu de leur possible rôle écologique de ces inconnues. C’est dans ce contexte agroécologique que mon étude se situe, de façon à obtenir une meilleure compréhension des processus qui ont cours dans les cultures et veiller ainsi à l’amélioration de leurs performances sur le long terme.
Publications
1- Genotyping-by-Sequencing SNP Identification for Crops without a Reference Genome: Using Transcriptome Based Mapping as an Alternative Strategy
Berthouly-Salazar, Cécile, Cédric Mariac, Marie Couderc, Juliette Pouzadoux, Jean-Baptiste Floc’h, Yves Vigouroux
2016 Frontiers in Plant Science