Mobilisation des réserves de Phytate du sol : quelles sont les clefs nécessaires pour accéder au phosphore de ce trésor ? – UNLOCKP

Le phosphore (P) est d'une importance vitale pour les besoins métaboliques, la croissance et la reproduction et donc pour la production végétale. Cependant, P est absorbé par les plantes et les microorganismes uniquement sous la forme de l’ion orthophosphate (Pi), représenté par H2PO4- et HPO42-. Du fait de sa forte capacité à former des complexes avec des cations et à sa faible mobilité, les concentrations de Pi libre dans la solution du sol sont généralement faibles et estimées entre 1 et 10 µM . Ces faibles concentrations sont souvent limitantes pour la croissance et le rendement, ce qui conduit à l'utilisation massive d’engrais minéraux phosphatés en agriculture. Or ces engrais phosphatés sont produits uniquement à partir de P minéral et l'épuisement des réserves mondiales de P minéral de haute qualité est prévu dans moins de 90 ans. Cependant, à côté du faible niveau de Pi libre en solution, les sols contiennent une grande quantité de P qui est lié au carbone pour former des composés organiques (Po), composés principalement par l’hexakisphosphate myo-inositol (phytates). Pour être utilisé par les plantes et les microorganismes du sol, le groupe phosphate de ces composés Po doit être libéré de la liaison ester le liant à ce carbone (CO-PO3H2) par des enzymes qui sont des phosphatases. La libération de Pi à partir de l’hydrolyse de Po apparaît donc comme une bonne alternative pour accroître la biodisponibilité réelle de Pi pour la croissance des plantes et diminuer le besoin d'engrais P chimiques. Toutefois, des expériences utilisant des plantes transgéniques exprimant la phytase d’Aspergillus niger PhyA n ‘ont pas toujours montré un effet bénéfique sur la nutrition P de la plante lorsque le phytate a été fourni dans différents sols. Notre hypothèse est qu'il est absolument nécessaire de prendre en compte la complexité naturelle des organismes vivant dans l'environnement des racines.
Dans ce projet, nous proposons d'examiner deux nouvelle stratégies pour améliorer l'utilisation du phytate du dol par les plantes. La première stratégie (stratégie écologique) est basées sur les activités fonctionnelles et l'interaction de différents types de microorganismes et d'invertébrés du sol associés aux racines des plantes: (i) les champignons mycorhiziens qui sont connus pour fournir la plante hôte en phosphore non directement accessible par les racines, (ii) les bactéries libres qui vivent dans la mycosphère, particulièrement celles capables de libérer des phytases, ainsi que les nématodes bactérivores qui accélèrent le turn-over de ces communautés bactériennes, accélérant la libération de Pi à partir du phytate. La seconde stratégie (stratégie biotechnologique) est basée sur la production de phytases microbiennes, d'origine fongique ou bactérienne, par le champignon mycurhizien lui-même, par génie génétique. Nous allons produire trois souches de champignons ectomycorhiziens transgéniques d'Hebeloma cylindrosporum avec (i) le gène PhyA d'Aspergillus niger, (ii) le gène phytase de Debaryomyces castelli CB 2923, et (iii) le gène PhyC de Bacillus subtilis. H. cylindrosporum est facilement associé avec Pinus pinaster, une espèce forestière économiquement importante en France.Nous allons cultiver les jeunes plants de pin maritime, associés ou non avec différentes souches fongiques, ou avec des bactéries produisant une phytase (B. subtilis). Cette bactére a été isolée à partir des racines du pin maritime ectomycorhizées récoltées sur le terrain. Les pins seront en outre ou non inoculés avec un nématode bactérivore isolé à partir des mêmes échantillons de sols forestiers que B. subtilis.