Caractérisation avancée des métallophores par techniques de couplage dans les systèmes environnementaux ternaires sol-microorganismes-plantes – AMETHYSTES

Améliorer le rendement et la teneur en éléments nutritifs des plantes cultivées est un sujet crucial car les carences sont très courantes dans les populations où la nutrition à base de plantes est prédominante. Une stratégie efficace suivie par les micro-organismes et les plantes consiste à libérer des molécules chélatantes spécifiques, qui complexent les ions métalliques et les rendent solubles.
Jusqu'à récemment, les molécules produites par les micro-organismes pour lier le métal dans leur environnement étaient essentiellement considérées comme des sidérophores (piégeurs de fer (III)). Cependant, des études récentes ont révélé que d'autres ions métalliques que Fe (III) sont ciblés et qu'une fraction importante d'autres ions métalliques était liée à ces molécules chélatantes. Le terme général de «métallophore» est donc plus approprié. Comme les cocktails de métallophores produits par une souche ou un microbiote donné sont généralement mal caractérisés, il y a un besoin urgent de développer des méthodologies appropriées pour suivre le sort de tous les métallophores dans les échantillons environnementaux et pour découvrir leurs rôles essentiels dans l'évaluation des associations bénéfiques entre les plantes et les micro-organismes.
L'objectif de ce projet est de développer une méthodologie analytique systématique et essentiellement basée sur la spectrométrie de masse afin d'avoir un outil efficace pour mieux déchiffrer les rôles environnementaux et biologiques des métallophores dans l'interaction entre les microbiotes de la rhizosphère et les plantes cultivées. Au cours de ce projet, les partenaires caractériseront la présence de tous les métallophores potentiels dans des échantillons issus d’expériences sur les bactéries et les végétaux (extrait, milieux de culture passés, sève, tissus collectés…). Ils mettront en place des schémas expérimentaux qui permettront de répondre aux questions sur l'absorption des complexes métal-métallophores par les plantes. Pour pouvoir suivre avec précision le métallophore et obtenir une preuve analytique de son absorption, les participants feront un criblage des métallophores par spectrométrie de masse moléculaire à haute résolution en utilisant des techniques de préparation / séparation d'échantillons appropriées et une méthodologie basée sur des complexes métal-métallophore enrichis en isotopes stables.
Le projet se concentrera sur la culture cellulaire de microorganismes d'intérêt et sur les conditions de culture pour révéler les stratégies basées sur l’utilisation de métallophore développées par les microorganismes de la rhizosphère. Les participants étudieront en particulier des groupes bactériens clés, comme les Pseudomonas, et des communautés synthétiques inspirées par la composition du microbiote. De plus, des expériences avec des bactéries d'intérêt sélectionnées et des plantes modèles aideront à mieux comprendre leurs rôles environnementaux et biologiques (symbiose, compétition ...) dans les systèmes sol-microorganisme-plante. À cette fin, les participants évalueront dans un premier temps l'impact des métallophores bactériens sur l'homéostasie des métaux dans les plantes, en particulier leur capacité à soulager les symptômes de carence métalliques et à être transportés jusqu'aux feuilles. L'étude sera menée en parallèle en utilisant deux espèces modèles, une plante supérieure (Arabidopsis thaliana) et une plante primitive (une mousse, Physcomitrella patens) pour comparer les plantes évolutives éloignées, puis en utilisant deux plants agricoles, le pois (Pisum sativum) et le blé ( Triticum aestivum) qui ont différentes stratégies d'acquisition du fer.
A long terme, le type de connaissances collectées au cours de ce projet devrait permettre d'améliorer l'absorption des éléments essentiels (Fe, Zn, Mn…), la croissance sur sols appauvris en métaux et la résistance aux phytopathogènes des plantes agricoles.