Aphid transmission of Cauliflower mosaic virus: the role of the host plant

Addendum to: Martinière A, Gargani D, Uzest M, Lautredou N, Blanc S, Drucker M. A role for plant microtubules in the formation of transmission-specific inclusion bodies of Cauliflower mosaic virus. Plant J 2009; 58:135-46. DOI 10.1111/j.1365-313X.2008.03768.x BGPI : équipe 6Transmission of plant viruses is the result of interactions between a given virus, the host plant, and the vector. Most research has focused on molecular and cellular virus-vector interactions, and the host has only been regarded as a reservoir from which the virus is acquired by the vector more or less accidentally. However, a growing body of evidence suggests that the host can play a crucial role in transmission. Indeed, at least one virus, Cauliflower mosaic virus, exploits the host's cellular pathways to form specialized intracellular structures that optimize virus uptake by the vector and hence transmission

Effect of strigolactones on recruitment of the rice root-associated microbiome

Strigolactones are endogenous plant hormones regulating plant development and are exuded into the rhizosphere when plants experience nutrient deficiency. There, they promote the mutualistic association of plants with arbuscular mycorrhizal fungi that help the plant with the uptake of nutrients from the soil. This shows that plants actively establish - through the exudation of strigolactones - mutualistic interactions with microbes to overcome inadequate nutrition. The signaling function of strigolactones could possibly extend to other microbial partners, but the effect of strigolactones on the global root and rhizosphere microbiome remains poorly understood. Therefore, we analyzed the bacterial and fungal microbial communities of 16 rice genotypes differing in their root strigolactone exudation. Using multivariate analyses, distinctive differences in the microbiome composition were uncovered depending on strigolactone exudation. Moreover, the results of regression modeling showed that structural differences in the exuded strigolactones affected different sets of microbes. In particular, orobanchol was linked to the relative abundance of Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia and Acidobacteria that potentially solubilize phosphate, while 4-deoxyorobanchol was associated with the genera Dyella and Umbelopsis. With this research, we provide new insight into the role of strigolactones in the interplay between plants and microbes in the rhizosphere

Study of the interactions between plants and their associated rhizosphere microbial communities for the modele legume Medicago truncatula using a multidisciplinary approach : contribution to the reflexion on the leading of interactions by the plant

Les communautés microbiennes du sol peuvent améliorer la croissance de la plante en augmentant la disponibilité en nutriments du sol, favorisant ainsi leur prélèvement par la plante. Dans le contexte d’une production agricole à bas niveau d’intrants, la nutrition de la plante est susceptible de reposer de plus en plus sur les interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère, qui peuvent être modulées par le génotype de la plante. Pourtant, très peu d’études se sont intéressées aux modifications des communautés microbiennes de la rhizosphère dans leur globalité et ce en relation avec à la fois le génotype et le phénotype de la plante. Ces travaux de thèse ont été consacrés à étudier l’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère en relation avec les stratégies nutritionnelles de la plante.L’interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère a été évaluée par une approche multidisciplinaire alliant écophysiologie et écologie microbienne. L’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère qui lui sont associées a été analysé par DNA fingerprint. Les différentes stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par une approche de type structure/fonction prenant en compte la mise en place des structures (feuilles, racines) et leur fonctionnement (photosynthèse, rhizodéposition, prélèvement spécifique d’azote).Dans une première expérimentation réalisée sur sept génotypes de Medicago truncatula, nous avons montré qu’à un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago truncatula affectait la structure génétique des communautés bactériennes du sol. En revanche, à ce stade précoce, peu de différences de croissance ont été observées entre les différents génotypes étudiés. Ces derniers ont par contre présenté des stratégies nutritionnelles contrastées. Les descripteurs fonctionnels sont donc plus efficaces que les descripteurs structurels pour discriminer les génotypes de plantes à un stade précoce du développement de la plante. De plus, nous avons montré un lien entre les stratégies nutritionnelles de la plante et la sélection des communautés bactériennes associées. Cette étude nous a également permis de développer un cadre d’analyse écophysiologique appliqué à l’étude des interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère.Outre l’effet majeur du génotype de la plante dans les interactions plante-communautés bactériennes de la rhizosphère, nous avons également montré qu’il y avait un effet important de l’environnement, comme la disponibilité en azote minéral du sol. En effet, la disponibilité en azote minéral du sol a affecté la structure génétique des communautés bactériennes rhizosphériques via un effet indirect de la plante dépendant du génotype considéré. Les effets des différents génotypes de Medicago truncatula et de leurs stratégies de réponses à des contraintes environnementales, comme la disponibilité de l’azote du sol, se sont révélées être des composantes majeures de la sélection des communautés microbiennes. [...]The soil microbial communities can improve plant growth by increasing soil nutrient availability, thereby promoting their uptake by the plant. In an overall context of input reduction, the plant nutrition should be increasingly based on plant- rhizosphere microbial communities’ interactions. Yet, very few studies have examined the entire rhizosphere microbial communities in relationship with both plant genotype and phenotype. The aim of this thesis was to study the plant genotype effect on the rhizosphere microbial communities in relationship with the plant nutritional strategies.To do so, the plant-rhizosphere microbial communities’ interaction was assessed by a multidisciplinary approach combining ecophysiology and microbial ecology. The plant genotype effect on the genetic structure of the associated rhizosphere microbial communities was analyzed by DNA fingerprinting. The different plant nutritional strategies were analyzed by a structural/functional approach taking into account both structure establishment e.g. leaves and functions e.g. photosynthesis.In a first experiment carried out on seven genotypes of Medicago truncatula, we showed that the Medicago truncatula genotype affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities very early relatively to the plant development stages. However, at this early stage, few growth differences could be observed among the different genotypes. Yet, those genotypes presented contrasted nutritional strategies. Therefore, the functional descriptors were more efficient than the structural ones to discriminate plant genotypes at an early developmental stage. In addition, we showed that a link existed between the plant nutritional strategies and the rhizosphere bacterial communities selection. Finally, this study enabled to develop a multidisciplinary framework applied to the study of the plant- rhizosphere microbial communities’ interactions.In addition to the plant genotype effect, we showed that there is an environmental effect e.g. soil mineral nitrogen availability on the rhizosphere bacterial communities. Indeed, the soil mineral nitrogen availability affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities via an indirect effect of the plant depending on its genotype. The effects of the different Medicago truncatula genotypes and their response strategies to environmental constraints (soil mineral nitrogen availability), proved to be a major component of the selection of the rhizosphere microbial communities.In order to identify the genetic determinisms of the interaction between the plant and the rhizosphere microbial communities, a second experiment was conducted on a core collection of 184 genotypes of Medicago truncatula. Initial results enabled to identify and characterize four groups of genotypes with contrasted phenotypes for their growth and their specific nitrogen uptake. Thanks to high-throughput sequencing, we will analyze the rhizosphere microbial communities’ diversity associated with the different Medicago truncatula genotypes. These results should determine if the plant genotype influences the selection of beneficial rhizosphere microbial communities. Moreover, when the whole genome sequencing data would be available for the 184 genotypes of the Medicago truncatula core collection, a genome-wide association study will be proceed. The creation of plant ideotypes, which will promote beneficial interactions with rhizosphere microbial communities, will be possible. Plant growth and yield will be improved without the concomitant increase of agricultural inputs

Etude de l’interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère chez l’espèce modèle <em>Medicago truncatula</em> par une approche multidisciplinaire : contribution à la réflexion sur le pilotage des interactions par la plante

The soil microbial communities can improve plant growth by increasing soil nutrient availability, thereby promoting their uptake by the plant. In an overall context of input reduction, the plant nutrition should be increasingly based on plant- rhizosphere microbial communities’ interactions. Yet, very few studies have examined the entire rhizosphere microbial communities in relationship with both plant genotype and phenotype. The aim of this thesis was to study the plant genotype effect on the rhizosphere microbial communities in relationship with the plant nutritional strategies. To do so, the plant-rhizosphere microbial communities’ interaction was assessed by a multidisciplinary approach combining ecophysiology and microbial ecology. The plant genotype effect on the genetic structure of the associated rhizosphere microbial communities was analyzed by DNA fingerprinting. The different plant nutritional strategies were analyzed by a structural/functional approach taking into account both structure establishment e.g. leaves and functions e.g. photosynthesis. In a first experiment carried out on seven genotypes of Medicago truncatula, we showed that the Medicago truncatula genotype affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities very early relatively to the plant development stages. However, at this early stage, few growth differences could be observed among the different genotypes. Yet, those genotypes presented contrasted nutritional strategies. Therefore, the functional descriptors were more efficient than the structural ones to discriminate plant genotypes at an early developmental stage. In addition, we showed that a link existed between the plant nutritional strategies and the rhizosphere bacterial communities selection. Finally, this study enabled to develop a multidisciplinary framework applied to the study of the plant- rhizosphere microbial communities’ interactions. In addition to the plant genotype effect, we showed that there is an environmental effect e.g. soil mineral nitrogen availability on the rhizosphere bacterial communities. Indeed, the soil mineral nitrogen availability affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities via an indirect effect of the plant depending on its genotype. The effects of the different Medicago truncatula genotypes and their response strategies to environmental constraints (soil mineral nitrogen availability), proved to be a major component of the selection of the rhizosphere microbial communities. In order to identify the genetic determinisms of the interaction between the plant and the rhizosphere microbial communities, a second experiment was conducted on a core collection of 184 genotypes of Medicago truncatula. Initial results enabled to identify and characterize four groups of genotypes with contrasted phenotypes for their growth and their specific nitrogen uptake. Thanks to high-throughput sequencing, we will analyze the rhizosphere microbial communities’ diversity associated with the different Medicago truncatula genotypes. These results should determine if the plant genotype influences the selection of beneficial rhizosphere microbial communities. Moreover, when the whole genome sequencing data would be available for the 184 genotypes of the Medicago truncatula core collection, a genome-wide association study will be proceed. The creation of plant ideotypes, which will promote beneficial interactions with rhizosphere microbial communities, will be possible. Plant growth and yield will be improved without the concomitant increase of agricultural inputs.Les communautés microbiennes du sol peuvent améliorer la croissance de la plante en augmentant la disponibilité en nutriments du sol, favorisant ainsi leur prélèvement par la plante. Dans le contexte d’une production agricole à bas niveau d’intrants, la nutrition de la plante est susceptible de reposer de plus en plus sur les interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère, qui peuvent être modulées par le génotype de la plante. Pourtant, très peu d’études se sont intéressées aux modifications des communautés microbiennes de la rhizosphère dans leur globalité et ce en relation avec à la fois le génotype et le phénotype de la plante. Ces travaux de thèse ont été consacrés à étudier l’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère en relation avec les stratégies nutritionnelles de la plante.L’interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère a été évaluée par une approche multidisciplinaire alliant écophysiologie et écologie microbienne. L’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère qui lui sont associées a été analysé par DNA fingerprint. Les différentes stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par une approche de type structure/fonction prenant en compte la mise en place des structures (feuilles, racines) et leur fonctionnement (photosynthèse, rhizodéposition, prélèvement spécifique d’azote).Dans une première expérimentation réalisée sur sept génotypes de Medicago truncatula, nous avons montré qu’à un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago truncatula affectait la structure génétique des communautés bactériennes du sol. En revanche, à ce stade précoce, peu de différences de croissance ont été observées entre les différents génotypes étudiés. Ces derniers ont par contre présenté des stratégies nutritionnelles contrastées. Les descripteurs fonctionnels sont donc plus efficaces que les descripteurs structurels pour discriminer les génotypes de plantes à un stade précoce du développement de la plante. De plus, nous avons montré un lien entre les stratégies nutritionnelles de la plante et la sélection des communautés bactériennes associées. Cette étude nous a également permis de développer un cadre d’analyse écophysiologique appliqué à l’étude des interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère. Outre l’effet majeur du génotype de la plante dans les interactions plante-communautés bactériennes de la rhizosphère, nous avons également montré qu’il y avait un effet important de l’environnement, comme la disponibilité en azote minéral du sol. En effet, la disponibilité en azote minéral du sol a affecté la structure génétique des communautés bactériennes rhizosphériques via un effet indirect de la plante dépendant du génotype considéré. Les effets des différents génotypes de Medicago truncatula et de leurs stratégies de réponses à des contraintes environnementales, comme la disponibilité de l’azote du sol, se sont révélées être des composantes majeures de la sélection des communautés microbiennes. Dans le but d’identifier les déterminants génétiques de l’interaction plante-communautés bactériennes de la rhizosphère, une deuxième expérimentation a été réalisée sur une core collection de 184 génotypes de Medicago truncatula. Les premiers résultats nous ont permis d’identifier et de caractériser quatre groupes de génotypes aux phénotypes contrastés pour leur croissance et leur prélèvement d’azote. Grâce à l’analyse par pyroséquençage de la diversité des communautés microbiennes associées aux différentes accessions, cette étude permettra de déterminer si le génotype de la plante influence la sélection de communautés microbiennes favorables à sa nutrition. De plus, une fois disponibles, les données de séquençage des génomes de cette core collection permettront de développer des approches de génétique d’association, nécessaires pour la construction d’idéotypes valorisant au mieux les interactions avec les communautés microbiennes du sol dans le but d’améliorer le prélèvement des nutriments essentiels à leur croissance

Combining ecophysiological and microbial ecological approaches to assess interaction between genotypes of <em>Medicago truncatula</em> and the soil bacterial communities

National audienceMicrobial communities can play a key role in sustainable agriculture by improving crop growth. Currently, a major stake is to study the effect of the plant genotype on the shaping of the soil microbial communities in relation to the plant nutrition. Methods The links between the plant genotype and the rhizospheric bacterial communities were assessed at both structural and functional level using a multidisciplinary approach. On the one side, the genetic structure (Automated Ribosomial Intergenic Spacer Analysis (ARISA)) and diversity (454 pyrosequencing) of bacterial communities of the rhizosphere was first analysed. On the other side, using an ecophysiological model plant growth was measured dynamically and plant carbon and nitrogen nutrition was estimated at the plant level. Results The M. truncatula genotype had an effect on the soil bacterial communities at an early developmental stage of plants. At this early stage, while growth of the M. truncatula genotypes was not extensively contrasted, their carbon and nitrogen nutritional strategies differed. Conclusion These results demonstrate that combining exploration of the soil bacterial communities with an analysis based on an ecophysiological model is a strong tool to characterize the different interactions occurring between plants and soil bacteria. Les communautés microbiennes peuvent jouer un rôle majeur dans le cadre d’une agriculture durable en améliorant la croissance et la santé des plantes. Actuellement, un des enjeux majeur est d’étudier l’effet du génotype de plante sur les communautés microbiennes du sol en relation avec la nutrition de la plante. L’interaction plant – communautés microbiennes de la rhizosphère a ainsi été évaluée par une approche multidisciplinaire. Dans un premier temps, la structure génétique ainsi que la diversité des communautés bactériennes ont été analysées respectivement par DNA fingerprint (ARISA) et pyroséquençage (454). Puis, les différentes stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par trois stratégies écophysiologiques complémentaire (description phénotypique, analyse des flux, utilisation d’un cadre d’analyse de modèle écophysiologique). A un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago truncatula affecte les communautés bactériennes du sol alors que peut de différences phénotypiques ont pu être observées entre les différents génotypes. Cependant, les différents génotypes de plante présentent des stratégies nutritionnelles contrastées

Crosstalks between soil microbial communities and a nitrogen fixing legume species (medicago truncatula) during its Vegetative Stage

International audienc

Etude de l’interaction « Plante x Communauté microbienne du sol » chez l’espèce modèle <em>Medicago truncatula</em>

National audienc

Etude de l'interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère chez l'espèce modèle Medicago truncatula par une approche multidisciplinaire (contribution à la réflexion sur le pilotage des interactions par la plante)

Les communautés microbiennes du sol peuvent améliorer la croissance de la plante en augmentant la disponibilité en nutriments du sol, favorisant ainsi leur prélèvement par la plante. Dans le contexte d une production agricole à bas niveau d intrants, la nutrition de la plante est susceptible de reposer de plus en plus sur les interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère, qui peuvent être modulées par le génotype de la plante. Pourtant, très peu d études se sont intéressées aux modifications des communautés microbiennes de la rhizosphère dans leur globalité et ce en relation avec à la fois le génotype et le phénotype de la plante. Ces travaux de thèse ont été consacrés à étudier l effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère en relation avec les stratégies nutritionnelles de la plante.L interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère a été évaluée par une approche multidisciplinaire alliant écophysiologie et écologie microbienne. L effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère qui lui sont associées a été analysé par DNA fingerprint. Les différentes stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par une approche de type structure/fonction prenant en compte la mise en place des structures (feuilles, racines) et leur fonctionnement (photosynthèse, rhizodéposition, prélèvement spécifique d azote).Dans une première expérimentation réalisée sur sept génotypes de Medicago truncatula, nous avons montré qu à un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago truncatula affectait la structure génétique des communautés bactériennes du sol. En revanche, à ce stade précoce, peu de différences de croissance ont été observées entre les différents génotypes étudiés. Ces derniers ont par contre présenté des stratégies nutritionnelles contrastées. Les descripteurs fonctionnels sont donc plus efficaces que les descripteurs structurels pour discriminer les génotypes de plantes à un stade précoce du développement de la plante. De plus, nous avons montré un lien entre les stratégies nutritionnelles de la plante et la sélection des communautés bactériennes associées. Cette étude nous a également permis de développer un cadre d analyse écophysiologique appliqué à l étude des interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère.Outre l effet majeur du génotype de la plante dans les interactions plante-communautés bactériennes de la rhizosphère, nous avons également montré qu il y avait un effet important de l environnement, comme la disponibilité en azote minéral du sol. En effet, la disponibilité en azote minéral du sol a affecté la structure génétique des communautés bactériennes rhizosphériques via un effet indirect de la plante dépendant du génotype considéré. Les effets des différents génotypes de Medicago truncatula et de leurs stratégies de réponses à des contraintes environnementales, comme la disponibilité de l azote du sol, se sont révélées être des composantes majeures de la sélection des communautés microbiennes. [...]The soil microbial communities can improve plant growth by increasing soil nutrient availability, thereby promoting their uptake by the plant. In an overall context of input reduction, the plant nutrition should be increasingly based on plant- rhizosphere microbial communities interactions. Yet, very few studies have examined the entire rhizosphere microbial communities in relationship with both plant genotype and phenotype. The aim of this thesis was to study the plant genotype effect on the rhizosphere microbial communities in relationship with the plant nutritional strategies.To do so, the plant-rhizosphere microbial communities interaction was assessed by a multidisciplinary approach combining ecophysiology and microbial ecology. The plant genotype effect on the genetic structure of the associated rhizosphere microbial communities was analyzed by DNA fingerprinting. The different plant nutritional strategies were analyzed by a structural/functional approach taking into account both structure establishment e.g. leaves and functions e.g. photosynthesis.In a first experiment carried out on seven genotypes of Medicago truncatula, we showed that the Medicago truncatula genotype affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities very early relatively to the plant development stages. However, at this early stage, few growth differences could be observed among the different genotypes. Yet, those genotypes presented contrasted nutritional strategies. Therefore, the functional descriptors were more efficient than the structural ones to discriminate plant genotypes at an early developmental stage. In addition, we showed that a link existed between the plant nutritional strategies and the rhizosphere bacterial communities selection. Finally, this study enabled to develop a multidisciplinary framework applied to the study of the plant- rhizosphere microbial communities interactions.In addition to the plant genotype effect, we showed that there is an environmental effect e.g. soil mineral nitrogen availability on the rhizosphere bacterial communities. Indeed, the soil mineral nitrogen availability affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities via an indirect effect of the plant depending on its genotype. The effects of the different Medicago truncatula genotypes and their response strategies to environmental constraints (soil mineral nitrogen availability), proved to be a major component of the selection of the rhizosphere microbial communities.In order to identify the genetic determinisms of the interaction between the plant and the rhizosphere microbial communities, a second experiment was conducted on a core collection of 184 genotypes of Medicago truncatula. Initial results enabled to identify and characterize four groups of genotypes with contrasted phenotypes for their growth and their specific nitrogen uptake. Thanks to high-throughput sequencing, we will analyze the rhizosphere microbial communities diversity associated with the different Medicago truncatula genotypes. These results should determine if the plant genotype influences the selection of beneficial rhizosphere microbial communities. Moreover, when the whole genome sequencing data would be available for the 184 genotypes of the Medicago truncatula core collection, a genome-wide association study will be proceed. The creation of plant ideotypes, which will promote beneficial interactions with rhizosphere microbial communities, will be possible. Plant growth and yield will be improved without the concomitant increase of agricultural inputs.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Integration of omics data to unravel root microbiome recruitment

The plant microbiome plays an essential role in supporting plant growth and health, but plant molecular mechanisms underlying its recruitment are still unclear. Multi-omics data integration methods can be used to unravel new signalling relationships. Here, we review the effects of plant genetics and root exudates on root microbiome recruitment, and discuss methodological advances in data integration approaches that can help us to better understand and optimise the crop–microbiome interaction for a more sustainable agriculture