Synergies entre champignons mycorhiziens et bactéries hyphosphériques dans la nutrition et les performance agronomiques du maïs à bas intrants – HyphAMaize

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) établissent des relations symbiotiques avec les racines des plantes et jouent un rôle clé dans l’acquisition de nutriments, fournissant à leur hôte du phosphore et de l'azote du sol en échange de photosynthétats. Les CMA recrutent via leur sphère d'influence dans le sol nommée hyphosphère, des communautés microbiennes associées au mycélium extra-racinaire (MER) dont les bactéries associées à l’hyphosphère (BAH) jouent un rôle mal connu. En rupture avec les études actuelles, qui portent sur un inventaire de ces souches bactériennes de et leur étude individuellement, le projet HyphAMaize vise à identifier les fonctions métaboliques clés des communautés de BAH qui stimulent l’apport de nutriments au maïs par les CMA. Le projet HyphAMaize explore de manière interdisciplinaire les interactions synergiques entre les CMA et les BAH pour améliorer la productivité du maïs dans des systèmes agricoles à bas niveaux d’intrants. En tant qu'alternative durable à l'agriculture conventionnelle, cette recherche de pointe vise à réduire la dépendance aux engrais chimiques en exploitant les synergies entre organismes constituant le microbiote des sols comme levier pour la transition agroécologique. Pour ce faire, HyphAMaize est structuré en quatre volets expérimentaux (VE). Le VE1 explore la diversité métabolique des HAB dans un panel de sols et de pratiques culturales variés par des analyses de la structure (metabarcoding) et des fonctions (métagénomique et métatranscriptomique) du microbiome hyphosphérique permettant l’identification de fonctions centrales des BAH renforçant l’efficacité symbiotique entre CMA et maïs. Pour ce faire, nous utiliserons des mini-maïs cultivés dans des systèmes à deux compartiments permettant de distinguer la rhizosphère de l’hyphosphère. Le VE2 consiste à isoler des BAH à partir de sols non fertilisés en utilisant des mini-maïs inoculés avec des spores Rhizophagus irregularis (CMA). Des cribles fonctionnels permettront d'identifier les BAH présentant des caractéristiques métaboliques (fixation N2, solubilisation P, chélation Fe) et écologiques (colonisation du MER, stimulation de la germination des spores et de la croissance des hyphes de CMA) pouvant améliorer la capacité des CMA à acquérir des minéraux du sol. Le génome des BAH sera alors séquencé et annoté, et les voies métaboliques identifiées. Le VE3 vise à développer un modèle métabolique à l'échelle de l'holobionte intégrant le maïs, les CMA et les BAH qui servira d’outil d’aide à la décision pour constituer des communautés synthétiques (SynCom) fonctionnelles de BAH efficaces pour promouvoir la croissance du maïs en conditions de culture à bas intrants. L’analyse d’un modèle métabolique métagénomique permettra également d‘identifier des taxa clé de voûte à inclure dans les SynCom en plus des BAH issues des cribles du VE2. Le VE4 vise à cribler des SynComs en condition de serre, en comparaison de bioinoculants commerciaux de notre partenaire industriel, avant de réaliser des essais au champ pour évaluer leur impact sur les performances du maïs en conditions agroécologiques. Ces expériences bénéficieront de l’utilisation d’un maïs mutant ayant perdu la capacité à mycorhizer comme contrôle, afin de vérifier que l’effet bénéfique des BAH dépend d’une symbiose établie entre le maïs et le CMA. HyphAMaize réunit des experts en microbiologie, biologie/physiologie végétale, génomique, biologie des systèmes et modélisation mathématique pour créer des SynComs multifonctionnelles qui permettent de poser des questions fondamentales quant aux relations métaboliques entres les différents organismes constituant l’holobionte du maïs cultivé au champ, tout en explorant des questions finalisées pouvant déboucher sur le développement de nouveaux bioinoculants commerciaux. Le projet allie recherche fondamentale et applications pratiques, visant des innovations agricoles durables pour accompagner la transition agroécologique.