Comprendre et exploiter la fixation d'azote par les endophytes pour une production de maïs durable – FIXN-MAIZE

La culture du maïs nécessite de grandes quantités d'engrais azotés produisant des effets négatifs sur l'environnement allant à l’encontre d’une agriculture durable. Certains génotypes de maïs peuvent être colonisés par des bactéries endophytes fixatrices d’azote atmosphérique (N2). Cependant, le potentiel agronomique de ces bactéries demeure insuffisamment exploité. Une meilleure compréhension des mécanismes contrôlant les associations plantes-endophytes fixateurs de N2 alliée à une connaissance approfondie de la spécificité de la plante vis-à-vis des endophytes, devrait permettre d’optimiser la fixation de N2 par ces associations et de les utiliser en agriculture. L'objectif de ce projet est donc de comprendre les interactions entre les endophytes fixateurs de N2 et le maïs, afin d'identifier quels génotypes seront en mesure d'utiliser le N2 fixé plus efficacement et de déterminer quels sont les composants physiologiques et moléculaire de la plante qui contrôlent et donc permettent cette meilleure efficacité. Les génotypes retenus seront moins dépendants d’une fertilisation azotée minérale. Cet objectif sera atteint en développant une approche pluridisciplinaire de physiologie moléculaire, de physiologie de la plante entière, d’écologie microbienne, d’agronomie et de production d’inocula bactériens au niveau industriel. Nous caractériserons aux niveaux physiologique et moléculaire l’interaction maïs-endophytes fixateurs de N2 en combinant des études de transcriptomique, de protéomique et de métabolomique. Les mécanismes biologiques impliqués dans l’association plante/endophytes seront étudiés en utilisant deux bactéries modèles Herbaspirillum et Azospirillum, fixatrices de N2, et une population de 19 lignées de maïs couvrant la diversité génétique de l’espèce en Europe et en Amérique. Cette étude permettra d'identifier les processus biologiques impliqués dans l’efficacité de l’association maïs/endophyte. Associée à une étude de modélisation métabolique, ce travail de recherche permettra d’obtenir une vision intégrée de la réponse biologique de la plante à l'interaction avec les endophytes et donc de son efficacité et de son adaptation aux climats tempérés.
Un criblage moléculaire sera aussi entrepris pour identifier de nouvelles bactéries endophytes fixatrices de N2 pour améliorer la productivité du maïs tout en réduisant le niveau fertilisation azotée. Ces bactéries permettront d’exploiter le bénéfice de l’association avec des maïs adaptés aux conditions pédoclimatiques tempérées européennes. Pour fournir de nouveaux inocula, nous mettrons en œuvre une nouvelle stratégie d’identification des microorganismes en utilisant des caractères microbiens et des mesures de capacité de valorisation de l’N2 fixé par le maïs.
La mise au point et la production de nouvelles formulations d’inoculum sera ensuite entreprise afin de tester, en conditions agronomiques, l’efficacité de l’association chez les génotypes (lignées et hybrides correspondants) de maïs les plus aptes à utiliser l’azote fixé par les endophytes ainsi que chez des hybrides commerciaux connus pour leur niveau de performance en conditions réduites de fertilisation azotée.
Le projet est focalisé sur le maïs, plante d’importance économique majeure dans le monde entier. Le maïs à l’avantage de posséder une énorme diversité génétique, permettant l'amélioration de ses performances agronomiques et environnementales au regard de l'utilisation d'engrais azotés. L’acquisition de nouvelles connaissances sur les relations existant entre la physiologie du maïs et la fourniture d’N2 “gratuit” par les endophytes bactériens permettra de mettre en œuvre de nouvelles stratégies de culture du maïs visant à réduire l'utilisation d'engrais azotés minéraux, par le biais du développement industriel de micro-granules “mixtes”, combinant matières fertilisantes et inoculum d’endophyte fixateur d’azote.