Conception et caractérisation des communautés microbiennes synthétiques capables d’améliorer la résistance du blé au stress hydrique

Agoussar, Asmâa (2023). Conception et caractérisation des communautés microbiennes synthétiques capables d’améliorer la résistance du blé au stress hydrique Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 131 p.

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Résumé

La sécheresse est un facteur limitant de la production agricole et deviendra un problème majeur avec les changements climatiques prévus. Au Canada, cela sera particulièrement important dans les Prairies, une région importante contribuant à l’agriculture canadienne. Cela entraînera une réduction des rendements dans de nombreuses grandes cultures, y compris le blé. Une façon novatrice d’améliorer rapidement la résistance du blé aux stress environnementaux serait de modifier son microbiote. En effet, plusieurs études ont montré des liens entre différents microorganismes associés aux plantes et la résistance des plantes à la sécheresse. Néanmoins, il n'y a pas suffisamment d'éléments pour prouver un lien causal avec certitude ou encore de comprendre la manière dont les communautés microbiennes et le blé interagissent, et encore moins comment les modifier. Le but de ma thèse est de modifier le microbiote du blé pour améliorer sa résistance à la sécheresse. Ainsi, l’hypothèse principale suggère que l’ensemencement du blé par une communauté microbienne présélectionnée pour sa performance au laboratoire sera plus bénéfique pour le blé qu’une communauté naturellement existante ou aléatoirement sélectionnée. Pour répondre à cette hypothèse, ma thèse se compose de trois chapitres de recherche. Le premier a pour objectif d'étudier l'effet de la sécheresse sur le microbiote du blé cultivé au champ expérimental de l'INRS, ainsi que sur ses microorganismes isolés de la rhizosphère et de la plante de blé au laboratoire. Les résultats de ce premier objectif ont été publiés sous forme d'un article de recherche. Le deuxième chapitre consiste à concevoir différentes communautés microbiennes synthétiques (SynCom) et à tester leur effet sur la croissance de blé sous stress hydrique. Nous avons également suivi la présence ou la disparition des microorganismes ensemencés dans la plante et la rhizosphère du blé. Le troisième chapitre vise à étudier l'effet de l’ensemencement de la SynCom la plus efficace sur le microbiote du blé, ainsi que d’identifier les gènes microbiens clés qui pourraient coder des fonctions qui pourraient être impliqués dans l'amélioration de la résistance de l’holobionte du blé à la sècheresse. Les résultats de cet objectif complètent l'objectif précédent et sont communiqués dans le même article scientifique.

Les résultats de mon projet de thèse devraient clarifier les caractéristiques clés des communautés microbiennes nécessaires pour améliorer la tolérance du blé à la sécheresse. La stratégie utilisée permettra également d'évaluer le potentiel d'utiliser des SynComs comme inoculas pour créer rapidement des plantes de blé résistantes aux stress environnementaux, atténuant ainsi les pertes de rendement prévues suite aux changements climatiques.

Drought is a limiting factor for agricultural production and will become a major problem with predicted climate change. In Canada, this will be particularly important in the Prairies, one of the main region contributing to Canadian agriculture. This will lead to a reduction in yields in many major crops, including wheat. An innovative way to quickly improve wheat's resistance to environmental stress would be to modify its microbiota. Indeed, several studies have shown links between different microbes and plants' resistance to drought. However, the available information does not allow for a causal link or even an understanding of how microbial communities interact with wheat, or how to modify them. The aim of my thesis is to modify the wheat microbiota to improve its resistance to drought. To do this, I studied the effect of water stress on wheat microbial communities, which I then used to construct inoculants capable of helping wheat better survive under water stress. Thus, the main hypothesis suggests that a pre-selected microbial community for its performance in laboratory will be more beneficial for wheat than a naturally existing or randomly selected community. To address this hypothesis, my thesis consists of three research chapters. The first chapter aims to study the effect of drought on the wheat microbiota grown in the INRS field. We compared these results with microorganisms isolated from the rhizosphere and wheat plant in the laboratory. The results of this first study were published as a research article. The second chapter is to design different SynComs (synthetic microbial communities) and test their effect on wheat growth under water stress. We also tracked the presence or disappearance of inoculated microorganisms in wheat plant and rhizosphere. The third chapter aims to study the effect of inoculating the winning SynCom on the wheat and rhizosphere microbiota, as well as the key microbial genes that may be responsible for improving wheat resistance to water stress. The results of this objective complement the previous objective and are communicated in the same scientific article.

The results of my thesis project should help improve the design of SynComs and clarify the key characteristics of microbial communities requiered to improve wheat tolerance to water stress. The strategy used will also assess the potential of using SynComs as biostimulants to quickly create wheat plants resistant to environmental stresses, thus mitigating the expected yield losses due to climate change.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Yergeau, Étienne
Mots-clés libres:	Blé ; SynComs ; Stress hydrique ; Séquençage des amplicons; Analyses génomiques; Wheat plant; Drought stress; Amplicon sequencing; Genomic analysis
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	09 juill. 2024 15:36
Dernière modification:	09 juill. 2024 15:36
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15807

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