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Les bactéries bénéfiques pour les plantes
Beaucoup de recherche sur les micro-organismes a été effectuée durant le siècle dernier afin de comprendre, de développer et d’utiliser leurs actions bénéfiques tant au niveau médical, industriel qu ‘agricole. L’agriculture durable a été l’objet de beaucoup de recherche étant donné que l’ agriculture traditionnelle engendre des coûts de production de plus en plus élevés, une diminution de la production et même parfois les deux [1]. L’utilisation de pesticides et d’engrais chimiques dans l’agriculture peut être nocive pour l’environnement. Les grandes quantités de fertilisants chimiques utilisées représentent un coût élevé et sont liées à la pollution de l’environnement par son utilisation excessive. Une étude a démontré que l’utilisation d’engrais chimique peut graduellement augmenter l’acidité du sol, ce qui peut limiter la croissance des plantes [2]. C’est pourquoi le besoin de trouver des alternatives respectueuses de l’environnement se fait pressant.
Les PGPR
Plusieurs chercheurs ont identifié des bactéries du sol possédant des propriétés bénéfiques pour les plantes tant pour leur croissance que pour leur santé. Ils ont regroupé ces bactéries sous le nom de PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Les PGPR sont retrouvés dans la rhizosphère, à la surface des racines ou encore en association avec les racines dû à la richesse des nutriments disponibles [3].
La rhizosphère peut être défmie comme la zone du sol qui entoure les racines. La rhizosphère est une zone riche en nutriments pour les bactéries principalement grâce aux exsudats des racines. Les exsudats racinaires sont composés de sucres solubles, d’acides organiques, d’acides aminés, mais peuvent aussi contenir des hormones, des vitamines, des composés aminés, des composés phénoliques et d’ester de phosphate de sucre [4].
Plusieurs souches bactériennes ont été identifiées comme étant PGPR, notamment des bactéries appartenant aux genres Bacillus, Azospirillum, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Allorhizobium, Sinorhizobium et Mesorhizobium [5]. Parmi ceux-ci, les bactéries appartenant au genre Bacillus et Pseudomonas ssp. sont prédominantes [6].
Mode d’action des PGPR
Les PGPR peuvent influencer la crOIssance des plantes de façon directe ou indirecte. Les mécanismes impliqués directement sont la sécrétion d’honnones (auxines, gibberellines, cytokinines, etc.) ou en facilitant l’absorption de nutriments (fixation d’azote, solubilisation de phosphate ou de potassium et synthèse de sidérophore). Indirectement, les PGPR vont aider la croissance des plantes via la sécrétion d’antibiotiques ou d’enzymes limitant les phytopathogènes [7].
Il est possible de diviser les PGPR en différents groupes selon leur mode d’action soit les biofertilisants, les biopesticides (agent de biocontrôles) et les phytostimulateurs. Un biofertilisant peut être défmi comme une substance contenant des micro-organismes vivants ayant la possibilité de coloniser la rhizosphère ou l’intérieur des plantes (endophyte) et de promouvoir la croissance des plantes [8]. Les PGPR peuvent augmenter le niveau de nutriments des plantes de cinq façons : la fixation d’azote, l’augmentation de nutriments, l’induction de l’augmentation des racines, l’augmentation d’autres symbioses bénéfiques et une combinaison de ces modes d’action [8]. Cependant, les biofertilisants ne sont pas composés uniquement de rhizobactéries, mais peuvent aussi contenir des fungi ou encore un mélange des deux (bactérie et fungi) .
On peut définir un biopesticide (agent de biocontrôle) comme des mIcroorganismes qui sont capables de promouvoir la croissance de plantes via la production d’antibiotiques et de métabolites antifongiques permettant le contrôle des phytopathogènes [9]. Les agents de biocontrôle peuvent utiliser les mécanismes suivants afin d’aider la promotion de croissance des plantes : la production de métabolites antifongiques (antibiotiques, enzyme lysant la paroi cellulaire, production de HCN), l’habilité de compétitionner pour les nutriments, l’induction de la résistance systémique et la production de sidérophore [10]. Par exemple, la production de sidérophore par les PGPR peut être considérée comme un trait biocontrôle et un trait de biofertilisant car les sidérophores font partie du métabolisme primaire étant donné que le fer représente un élément essentiel, mais peuvent être aussi utilisés comme antibiotiques qui sont des métabo lites secondaires [Il].
Un phytostimulateur est défini comme un micro-organisme capable de produire ou changer la concentration de phytohormones impliquées dans la régulation de la croissance [9]. La production de phytohormones telles que l’IAA, les cytokinines, les gibbérellines ou encore la production d’ACC déaminase (enzyme réduisant les niveaux d’ éthylène) sont des traits de phytostimulateur.
PGPR et recherche
Certaines bactéries sont reconnues pour une caractéristique PGPR particulière. Par exemple, les Rhizobium sont reconnus pour leur capacité à fixer l’ azote. Les Bacil/us et Pseudomonas fluorescens sont reconnus pour leur capacité de produire des métabolites secondaires, certaines espèces de Bacillus dont Bacil/us megaterium sont reconnues pour leur capacité de solubiliser le phosphate. Les Azospirillum sont reconnus pour leur capacité à fixer l’azote et produire des phytohormones [12].
Une étude a démontré que l’utilisation de PGPR combinée à une quantité moindre de fertilisant chimique était aussi efficace que l’utilisation seule de fertilisant [13]. Un biofertilisant à base de quatre différentes bactéries a été démontré comme efficace pour augmenter la croissance du maïs et de légumes [14]. Une autre étude a démontré que l’inoculation de PGPR permettait la protection de plants de concombre contre trois phytopathogènes et que le mélange de PGPR comme inoculant permettait d’obtenir une plus grande constance dans la réduction de maladies causées par un mélange de phytopathogènes [15]. Plusieurs études ont ainsi démontré l’efficacité des PGPR à diminuer la quantité d’engrais qu de pesticides chimiques utilisée.
PGPR et perfomance
La performance des PGPR comme bio-fertilisant fait face à différents problèmes. Pour qu’un bio-fertilisant soit performant celui-ci doit être capable de compétitionner avec la flore indigène de la plante, rester stable dans le sol, survivre au différentes saison et changement de température. De plus, l’utilisation de bactérie non-sporulante apporte différents problèmes pour la formulation, la stabilité ainsi que l’entreposage du produit.
Beaucoup de PGPR ont été testé pour leur potentiel comme bio-fertilisant pour la plupart les tests ont été effectués dans des conditions contrôlées. Cependant le manque de donnée sur l’écologie, la survie des PGPR ainsi que la rhizosphère de la plante contribue à l’utilisation peu efficace des PGPR dans les champs [9]. Le manque de constance des PGPR dans les différents types de sol ainsi qu’ avec les différents cultivars jouent un rôle sur la faible utilisation des PGPR. Jusqu’à présent les bio-fertilisant qui ont démontré le plus de succès commercialement étaient à base de bactéries à gram positif sporulante[9].
Le genre Bacillus
Le genre bactérien Bacillus pourrait être intéressant à utiliser comme PGPR. Ce genre bactérien appartient à la famille des Bacillaceae de l’ordre des Bacillales dans l’embranchement des Firmicutes.
Morphologie, phénotype et environnement
Les Bacil/us sont des cellules en fonne de bâtonnet droit ou légèrement recourbé que l’on retrouve seul ou en pair, parfois en chaine et occasionnellement en long filament [16]. Les Bacillus se distinguent des autres membres des Bacillaceae par leur nature aérobique stricte ou facultative [17]. Bacillus représente une fraction d’un large consortium taxonomique de bactéries productrice d’ endospore. La production d’ endospore en condition aérobique représente le caractère défmissant les Bacillus depuis 1920 [16]. Les endospores sont fonnées de façon intracellulaire à la fin de la phase exponentielle de croissance et une seule endospore par cellule sera formée et leur position dans la cellule est aussi caractéristique [16]. Les endospores sont extrêmement donnantes métaboliquement et ne possèdent pas d’A TP [16]. Cet état de donnance est la clé qui leur permet de résister à différents stress (chaleur, radiation, produit chimique, etc.) et leur survie sur de longue période [16].
Leur membrane cellulaire est composée de peptidoglycane contenant de l’acide mésodiaminopimélique (m-DAP). Elle contient aussi de large quantité d’un polymère anionique tel que l’acide techoïque ou l’acide teïchurionique lié par des résidus d’acide muranique [17] et cette liaison est de nature directe [16].
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Table des matières
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
l.1 Les bactéries bénéfiques pour les plantes
1.1.1 Les PGPR
l.l.1.1 Mode d’ action des PGPR
1.1.1 .2 PGPR et recherche
1.1.1.3 PGPR et perfomance
1. 1.2 Le genre Bacillus
1.1.2.1 Morphologie, phénotype et environnement
1.1.2.2 Génétique
1.l.2.3 Taxonomie des Bacillus
1.l.2.4 Utilisation des Bacillus
l.2 Les différentes caractéristiques PGPR d’intérêts
1.2.1 Fixation d’azote
1.2.1.1 Le cycle de l’azote
l.2.l.2 Génétique de la nitrogénase
1.2.1.3 Mise en évidence de la fixation d’azote
1.2.2 Production d’acide ipdole-acétique
l.2.2.1 Mode d’action de l’IAA
1.2.2.2 Voie de biosynthèse de l’lAA
1.2.2.3 Génétique de la biosynthèse de l ‘IAA
l.2.2.4 Méthode de détection de l’IAA
1.2.3 Solubilisation de phosphate
1.2.3.1 Mécanismes et génétique de la solubilisation du phosphate
1.2.3.2 Méthode pour tester la solubilisation du phosphate
1.2.4 Sidérophore
1.2.4.1 Type de sidérophore
1.2.4.2 Régulation de la biosynthèse de sidérophore
1.2.4.3 Méthode pour tester la production de sidérophore
1.3 Les plantes utilisées
1.3.1 Tomates
1.3.2 Poivrons
1.4 Objectifs de l’étude
CHAPITRE II MATERIEL ET METHODES
2.1 Contrôles
2.2 Isolement de bactéries provenant de différentes rhizosphères
2.3 Test de caractérisation PGPR
2.3.1 Production d’IAA
2.3.2 Production de sidérophore
2.3.3 Solubilisation de phosphate
2.3.4 Fixation d’azote
2.4 Test antifongique
2.5 PCR conventionnelle
2.6 Test de germination
2.7 Test sur différentes plantes avec souches bactériennes sélectionnées
CHAPITRE III RESULTATS
CHAPITRE IV DISCUSSION
CHAPITRE V CONCLUSION
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