ARBRE

Adaptation et Rôle des rhizobactéries du genre Bukholderia associées aux Costularia : application à la Restauration Ecologique des sites dégradés

> Action GOPS 2014

Mots-clés : Massifs ultra-mafiques, sites dégradés, Rhizobactéries

Porteur de projet: Dr. Linda GUENTAS (UNC, Laboratoire LIVE)

Budget: GOPS 10 250 euros, Co-financements: 10 000 euros

Zones géographiques concernées : Nouvelle-Calédonie

 

Problématique et objectifs :

L'archipel tropical de Nouvelle-Calédonie présente des massifs ultramafiques largement exploités comme source de minerai. Cette activité impacte fortement les écosystèmes terrestres et menace les équilibres biologiques. Les travaux de restauration des sites exploités ont soulignés la nécessité d'une meilleure connaissance des micro-organismes de ces sols et la compréhension de leurs interactions avec les plantes endémiques. Le projet ARBRE  s'intéresse aux bactéries du genre Burkholderia isolées de la rhizosphère de plantes du genre Costularia. Le genre Costularia qui appartient à la famille des Cyperaceae, plante endémique de la Nouvelle Calédonie, comprend 11 espèces dont 10 sont retrouvées sur les sols ultramafiques. L'étude porte principalement sur les Burkholderia car ces bactéries libres rhizosphériques sont majoritairement représentées (28%) dans la rhizosphère des trois espèces étudiées de Costularia à large répartition géographique. Elle vise à mieux de comprendre (i) les mécanismes de résistance de ces micro-organismes aux contraintes édaphiques (ii) le rôle qu'elles jouent dans les mécanismes d'adaptation des plantes du genre Costularia sur sols ultramafiques et (iii) leur utilisation dans les processus de re-végétalisation des sols miniers par les plantes pionnières de la famille des Cypéracées qui constituent l'essentiel de la strate herbacée sur maquis miniers.

Résultats :

L'ensemble des résultats ont été obtenus conjointement avec P. Jourand (LSTM, IRD)

I- Caractérisation microbiologique et génétiques des souches de Burkholderia isolées

Un classement phylogénétique a été réalisé à partir des séquences ADN de l'ARN 16S et celles d'autres marqueurs (gyrB et recA). La comparaison des trois arbres (16S, recA, gyrB) indique que les souches bactériennes se répartissent en deux clusters (i) cluster 1 : B. zhejiangensis, B. grimmiae, B. glathei et (ii) cluster 2 : B. terricola, B. xenovorans, B.ginsengisoli L'Analyse des protéines bactériennes par spectrométrie Maldi-TOF (Collaboration avec IP-NC (J. Colot et B. De Georges)) a permis de confirmer les résultats moléculaires. L'hypothèse de deux nouvelles espèces a ainsi été posée. Les souches DT-1 et HG ont été choisies comme souche type et déposées auprès d'organismes de collection internationaux. Les souches HG et DT1 ont été caractérisées plus finement d'un point de vue moléculaire. La composition en base des ADN des souches HG et DT-1 sont respectivement de 63.6 et 62.9 mol% de G+C. L'hybridation ADN-ADN des souches HG et DT-1 avec les souches phylogénétiquement les plus proches a montré que nous sommes en présence de deux nouveaux clusters représentés par les souches DT-1 et HG.

L'étude de la composition membranaire en acides gras des deux souches indique que celle-ci correspond à celle du genre Burkholderia. Des différences dans les proportions des acides gras majoritaires sont mises en évidence entre les deux souches type.

La caractérisation microbiologique (morphologie, biochimique, antibiogramme) a permis de compléter l'étude et les conditions optimales de croissance ont été déterminées.

Une étude de l'inhibition de la croissance en présence de Ni et la recherche de gènes connus pour être à l'origine de cette tolérance ont été entreprises. Les deux groupes présentent une certaine résistance au Ni et possèdent les gènes recherchés ce qui confirme leur capacité à résister aux métaux lourds notamment le nickel et le cobalt.

II – Analyse de l'action PGPR et l'adaptation à l'ultramafismes des souches de Burkholderia : rôle des polysaccharides (LIVE, UNC)

Un screening de la production de polymère par les deux clusters a été réalisé sur milieu contraignant (fort % de glucose ou présence de Ni) ; la nature mucoïde de la colonie et son opacité indiquerait une production de polysaccharides. Les bactéries retenue sont les souches DA et DT-1 en tant que productrices de polymère en milieu édaphique et la souche HG très faiblement productrice. Elles ont été utilisées pour inoculer des expériences de croissance en serre sur Sorgho.

En parallèle, l'étude de l'induction de la mise en place in vitro de biofilm par ces bactéries en milieu contraignant, nous permettra de déterminer si  les mécanismes de survie de nos bactéries dans un milieu hostile passe nécessairement par la mise en place d'un mode de vie sessile.

Afin de tester l'effet du polymère sur le sol ultramafique et les possibles interactions avec la plante, une production de polysaccharide à partir d'une souche de Burkholderia commerciale (Burkholderia caribensis MWPA64T) a été entreprise en fermenteur. Celui-ci a été utilisé seul ou conjointement avec la souche HG pour inoculer les sols en serre. La souche commerciale a également été testée seule ou conjointement avec souche HG. Une étude in vitro de la résistance au Ni de cette souche a montré qu'elle ne se développait pas au-delà d'une concentration de 4mM en Ni, ce qui est inférieur aux concentrations en Ni disponible dans le sol choisi pour l'étude.

Une étude en serre sur Sorgho a été mise en place début décembre 2014 afin de déterminer le rôle des bactéries et des polysaccharides sur l'implantation et le développement des plantes sur sol ultramafique. Les résultats sont actuellement à l'étude par un stagiaire de M2 au sein du LIVE.

Perspectives :

L'étude sur Sorgho permettra de visualiser les effets promoteurs de la croissance des plantes de nos deux nouveaux clusters. Ces résultats aideront à la mise en place d'une étude des effets des Burkholderia sur le développement d'une plante endémique : Costularia comosa.

D'autre part, les Burkholderia ne sont pas les seules bactéries ayant été identifiées dans la rhizosphère des Costularia. Il sera donc intéressant de procéder à la même analyse sur les genres majoritairement rencontrés dans la rhizosphère de Costularia spp. A terme ces analyses pourront faire l'objet d'un choix stratégiques de  bactéries à haut potentiel PGP afin de préparer un inoculum le plus complet possible, inoculum qui devra être testé in situ seul ou conjointement avec des champignons endomycorhiziens de type AMF. Cette étude pourra faire l'objet d'une demande de financement d'une thèse.

Organisme(s) et laboratoire(s) Partenaires(s) du projet :

Université de Nouvelle Calédonie - Laboratoire Insulaire du Vivant et de L'environnement (LIVE)

Institut de Recherche pour le Développement Montpellier : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (LSTM/UMR 113).

Personnels participant au projet (nom, qualité) :

Pr.  Hamid AMIR, directeur du LIVE (UNC, EA),  Dr. Philippe JOURAND, Ingénieur de Recherche (IR), IRD.(LSTM/UMR 113) et stagiaires de Master.

Publications :

Guentas L., Gensous S., Ducousso M., Amir H., De Georges B., Moulin L. and Jourand P. Systematic and Applied Microbiology. En cours de redaction soumission prévue  pour fin juin 2015.

Guentas L., Gensous S., Ducousso M., Amir H., De Georges B., Moulin L. and Jourand P. Burkholderia novacaledonica sp. nov. and B. ultramafica sp. nov. isolated from roots of Costularia spp. pioneer plants of ultramafic soils in New Caledonia.

Guentas L., 2015 - Rapport final du projet ARBRE : Adaptation et Rôle des rhizobactéries du genre Burkholderia associées aux Costularia : Application à la Restauration Ecologique des sites dégradés, AAP GOPS 2014, 28 p.

Kaddour M (2014). Stagiaire L3 SVTE Université de la Nouvelle-Calédonie. Etude de la production de polysaccharide excrétée par la bactérie Burkholderia caribensis. 60 pages.
Bourles A, (2015). Master Ecologie et Biodiversité Spécialité Biodiversité Végétale Tropicale, Mémoire de Master 2, Université de Montpellier. Adaptation et rôles des rhizobactéries du genre Burlholderia associées aux Costularia : application à la restauration écologique des sites dégradés. 53 pages.

Pourcelot J. (2015). Master Bio-protection, Microbiologie et Environnement mémoire de Master I, Université de Pau et des Pays de l'Adour. Adaptation et rôles des rhizobactéries du genre Burlholderia associées aux Costularia : Etude du Biofilm. 27 pages.