Еволюційна історія Poaceae та відносини з ризосферною бактеріальною спільнотою - PDF
Еволюційна історія Poaceae та відносини з ризосферним бактеріальним співтовариством Марі-Лара Буффо Навести цю версію: Марі-Лара Буффо. Еволюційна історія Poaceae та відносини з ризосферною бактеріальною спільнотою. Сільськогосподарські науки. Університет Клода Бернара - Ліон I, 2011. Французька. NNT: 2011LYO10341. tel-01002644 HAL Id: tel-01002644 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002644 Надіслано 6 червня 2014 р. HAL - це мультидисциплінарний архів відкритого доступу для зберігання та розповсюдження науково-дослідних документів, незалежно від того, публікуються чи ні. Документи можуть надходити від навчальних та дослідницьких установ у Франції чи за кордоном, або від державних або приватних дослідницьких центрів. Мультидисциплінарний відкритий архів HAL призначений для зберігання та розповсюдження наукових документів наукового рівня, опублікованих чи ні, від французьких або зарубіжних навчальних та дослідницьких установ, державних чи приватних лабораторій.
Наказ № 341-2011 Рік 2011 ТЕЗИ УНІВЕРСИТЕТНОЇ ДЕ ЛІОНОВОЇ УНІВЕРСИТЕТНОЇ КЛАУДИ БЕРНАРД ЛІОН 1 ДОКТОРСЬКА ШКОЛА ЕВОЛЮЦІЯ ЕКОСИСТЕМИ МІКРОБІОЛОГІЯ МОДЕЛЮВАННЯ ДОКТОРАЛЬНОЇ ДИПЛОМИ (указ від 7 серпня 2006 р.), Публічно підтримана 12 грудня 2011 р. еволюція Poaceae та відносини з ризосферною бактеріальною спільнотою Джурі: Вафа АХУАК, дослідник, CNRS Філіп ЛЕМАНЦЕ, директор з досліджень, INRA Yves VIGOUROUX, науковий співробітник, IRD Марія ФЕРНАНДЕЗ, професор, Університет Ліона 1 Даніель МУЛЛЕР, доцент, Університет Ліона 1 MOËNNE-LOCCOZ, професор, Університет Ліона 1 Доповідач Доповідач Екзаменатор Екзаменатор Керівник ко-дисертації Керівник дисертації
спільно використовували протягом 4 років у маніпуляційних кімнатах або інших: Бенуа, Джуліана, Девід, Вінсент, Арно, Лорін, Бене і Лоїк, Мартіна, Нікіта, Анто, Максим, Арно, Марі, Флоран, Шупет, Лулу тощо. Очевидно, я дякую своїй родині, мамі та бабусям, які завжди вірили в мене, задовго до мене, насправді підтримували мене і дозволяли мені бути там, де я є. Дякую всій моїй родині за підтримку, любов та симпатію! Дякую також Тібо, який був поряд зі мною всі ці роки навчання, вірив у мене, допомагав мені справлятись і показував мені, що я можу робити великі справи. Нарешті, я присвячую цю тезу своєму татові, який не міг її побачити, але без якого вона не мала б місце. Він був людиною, яка зацікавила мене наукою і заохотила знайти те, що насправді сподобалось мені. Я хотів би, щоб він бачив, як я захищаю цю тезу, і пишався мною.
Експериментальна частина 1: Вплив еволюційної історії кукурудзи на відбір ґрунтових бактерій у ризосфері. 55 Вступ. 56 Чи історія диверсифікації кукурудзи впливає на відбір ґрунтових бактерій корінням. 56 Анотація. 59 Вступ. 60 Матеріали та методи. 62 Відбір генотипів кукурудзи. 62 Тепличний експеримент. 62 Аналіз мікрочипів зразків ризосфери. 63 Аналіз даних мікрочипів. 63 Кількісна ПЛР. 64 Порівняння генетичної відстані між інбредними лініями кукурудзи з молекулярними даними ризобактеріальної спільноти. 65 Результати. 67 Генетичне порівняння груп кукурудзи. 67 16S Аналіз мікрочипів ефекту ризосфери сходів. 70 Вплив груп кукурудзи на ризобактеріальну спільноту. 70 Перевірка вибраних результатів мікрочипів за допомогою qpcr та послідовності. 73 Взаємозв'язок між різноманіттям кукурудзи та ризобактеріальним різноманіттям на основі дистанційного аналізу 73 Обговорення. 75 Подяка. 78 Доступність даних. 78 Довідкова інформація. 79 Список літератури. 85 II
Експериментальна частина 2: Вплив еволюції злаків (Poaceae) на склад ризосферної бактеріальної спільноти. 91 Вступ. 92 Значення еволюції Zea mays та інших Poaceae для складу ризобактеріальних спільнот. 94 Анотація. 95 Вступ. 96 Матеріали та методи. 98 Генотипи рослин. 98 Тепличний експеримент. 99 Вилучення та мічення ДНК ґрунту. 99 Аналіз мікрочипів. 100 Аналіз даних. 101 Результати. 101 Склад громади бактерій. 101 Вплив ризосфери та генотипу рослин. 102 Вплив управління польовими процесами та стадії росту рослин на ефект ризосфери. 104 Взаємозв'язок між еволюцією кукурудзи/poaceae та ризобактеріальною спільнотою. 106 Обговорення. 110 Список літератури. 124 III
Експериментальна частина 3: Вплив еволюції злаків (Poaceae) на фіто-корисну функціональну групу. 131 Вступ. 132 Чи еволюційна історія рослин сформувала різноманітність діазотрофів та вираз ніфх у ризосфері. 134 Анотація. 135 Вступ. 136 Матеріали та методи. 138 Генотипи рослин та тепличний експеримент. 138 Вилучення ДНК та РНК ґрунту. 138 синтез кдн шляхом зворотної транскрипції. 139 Кількісна ПЛР та кількісна ПТ-ПЛР. 139 Аналіз T-RFLP. 140 Статистика. 140 Результати. 142 Розмір діазотрофних спільнот. 142 рівнів транскрипту nifh у спільнотах діазотрофів. 144 Різноманітність діазотрофних спільнот. 144 Взаємозв'язок між філогенезом Poaceae та спільнотою діазотрофів. 147 Взаємозв'язок між розвитком рослин та діазотрофною спільнотою. 147 Обговорення. 149 Список використаної літератури. 151 Додаткові дані: Кінетика розміру спільноти азотфіксуючих мікроорганізмів. 157 Загальна дискусія та перспективи. 159 Вплив еволюційної історії на ризосферне різноманіття бактерій. 161 Вплив історії еволюції на фіто-корисні бактеріальні спільноти. 164 Висновок. 167 Бібліографічні посилання. 169 Додаток. 207 IV
) загальний вступ
Загальне функціональне введення також було впроваджено T-RFLP на всіх зразках (експериментальна частина 3). П'ятий розділ відповідає дискусії та загальному висновку тези, а також відкриттю нових перспектив. 9
Загальне введення 10
На синтез (бібліографію) не впливають зміни біотикованих взаємодій
Паралельно з оглядом літератури, інші типи одноклітинних організмів еволюціонували і створили царства грибів і тварин, найдавніші відомі скам’янілості яких датуються 635 мільйонами років (Peterson et al. 2008 Love et al. 2009). Збагачення киснем атмосфери призвело до утворення озонового шару. Цей озоновий шар зупиняє більшість ультрафіолетових променів, шкідливих для організмів, і робить можливим колонізацію поверхонь суші живими істотами, першими з яких були рослини, близько 500 мільйонів років тому (Kenrick and Crane 1997 Gensel 2008 Steemans et al. 2009). З тих пір життя продовжує розвиватися в гідросфері, літосфері та частині атмосфери, пристосовуючись до мінливих умов навколишнього середовища та біотичних взаємодій. Таким чином, тиск селекції, що призводить до еволюції особин, має різноманітний характер у даному середовищі і може бути пов’язаний (i) з навколишніми природними абіотичними умовами (ph, світло, солоність, температура) або (ii) з біотичними взаємодіями між організмами (мутуалістичний симбіоз, конкуренція, хижацтво Таблиця 1). Таблиця 1: Таблиця взаємодій між різними видами. Dajoz 2006. 13
Бібліографічний підсумок Рисунок 2: Приклади стратегій маскування здобичі для втечі хижаків. (A) Вибір темного кольору (форма карбонарії) у Biston betularia порівняно з початковим кольором (форма typica), щоб уникнути хижих птахів, коли вони знаходились на деревах, почорнілих від забруднення в результаті індустріалізації в Англії (HBD Kettelwell, 1973, Industrial Melanism, Oxford Univ. Press, Oxford, UK). (B) Камуфляж гомотипією паличних комах або (C) метеликів. (D) Семиточкові сонечка Coccinella septempunctata - приклад апозематизму. Помітне забарвлення попереджає хижаків про токсичність здобичі (Mappes et al. 2005). (E) Кольорова імітація змії Micrurus langsdorffi (знизу) порівняно з іншою змією, яка живе в тому ж регіоні, але отруйна, Erythrolamprus guentheri (зверху). Грін і Макдіармід, 1981. 19
Бібліографічний підсумок Рисунок 3: Показні колючки в царствах тварин і рослин. (A) Колючки задньої гомілки коника Anacridium aegypticum, (B) Чорно-білі колючки індійського чубатого дикобраза Hystrix indica, (C) Спинні колючки червоного кефалі Mullus sp., (D) Spondylus sp., ( E) Жовті глохідеї на Opuntia microdasys, (F) Колючки Notocactus sp., (G) Колючки Aloe saponaria. Інбар і Лев-Ядун 2005. 20
Бібліографічний підсумок Рисунок 5: Філогенетичний розподіл симбіозів із зазначенням класів бактерій та архей, у яких існує асоціація з еукаріотичними хазяями. Мойя та ін. 2008. 25
Бібліографічний підсумок Рисунок 9: Морфологічні варіації симбіозу між діазотрофними бактеріями та бобовими. Бактерії утворюють бульбочки на коренях [(a) Cupriavidus taiwanensis Mimosa pudica], а іноді і на стеблах бобових культур [(b) Azorhizobium caulinodans Sesbania rostrata, (c) Bradyrhizobium sp. ORS322 Aeschynomenea fraspera та (d) Bradyrhizobium sp. ORS278 Aeschynomene sensitiva]. Бульби бувають різних форм, тобто круглі [(e) Sinorhizobium fredii soya], коралоїдні [(f) Methylobacterium nodulans Crotalaria perrottetii] або подовжені [(g) Sinorhizobium meliloti Medicago sativa]. Адаптовано з Masson-Boivin et al. 2009. 36
Бібліографічний підсумок Рисунок 10: Взаємодія між рослинами та бактеріями PGPR у ризосфері. Натхненний Річардсоном та співавт. 2009. II.4.1 Фітостимулюючі PGPR Фітостимулюючі PGPR впливають на ріст рослин (i), покращуючи біодоступність певних поживних речовин, наприклад, фіксуючи атмосферний азот (Bloemberg та Lugtenberg 2001) або солюбілізуючим фосфатом (Richardson et al. 2009), (ii) шляхом синтезу фітогормонів, таких як ауксини, цитокініни, гібереліни або абсцизова кислота (Steenhoudt and Vanderleyden 2000 Vessey 2003 Barea et al. 2005), (iii) шляхом модуляції розвитку рослин завдяки 1-аміноциклопропан-1-карбоксилату (ACC ) активність дезамінази, яка спричинить подовження коренів, (iv) шляхом сприяння встановленню або функціонуванню мутуалістичного симбіозу між коренями та азотфіксуючими бактеріями (Remans et al. 2007) або мікоризними грибами (Garbaye 1994 Frey-Klett et al. 2007 Pivato та ін. 2009). 40
Частина expé riméntalé), що вплинула на історію еволюції кукурудзи на бактеріальний відбір ґрунту в ризосферному ре
Частина досвіду 1: Вплив еволюційної історії кукурудзи на ризосферні бактерії Чи впливає історія диверсифікації кукурудзи на відбір ґрунтових бактерій корінням? MARIE-LARA BOUFFAUD 1,2,3, MARTINA KYSELKOVA 1,2,3,4, BRIGITTE GOUESNARD 5, GENEVIEVE GRUNDMANN 1,2,3, DANIEL MULLER 1,2,3 та YVAN MOËNNE-LOCCOZ 1,2,3 * 1 Ліонський університет, F-69622, Ліон, Франція 2 Ліонський університет 1, Віллербан, Франція 3 CNRS, UMR5557, Ecologie Microbienne, Вілербанн, Франція 4 Біологічний центр AS CR, Інститут біології ґрунту, Чеські Будейовіце, Чеська Республіка 5 INRA, UMR 1334 AGAP, F- 34398 Монпельє, Франція Поточна адреса МК: Центр біології AS CR, Інститут біології ґрунтів, Чеські Будейовиці, Чеська республіка Ключові слова: ризосфера, таксономічний мікрочип, різноманітність рослин, зеа майс, бактеріальна спільнота Листування: Іван Монен Локкоз, факс: +33 472 43 12 23 Електронна пошта: [email protected] Поточна назва: Диверсифікація кукурудзи та кореневі бактерії 58
Частина досвіду 1: Вплив еволюційної історії кукурудзи на ризосферні бактерії Відбір проб проводили через 21 день після сівби. Кореневі системи перекопували і енергійно струшували, щоб відокремити грунт, нещільно прилипаючи до коріння. Кожну кореневу систему з щільно прилипаючим грунтом переносили в пляшку, що містить 300 мл стерильної дистильованої води. Пляшки струшували вручну протягом 1 хв, потім 15 хв у мішалці при 180 об/хв. Фракцію ґрунту (розглянуту як зразок ризосфери) відновлювали центрифугуванням протягом 30 хв при 4600 г і витримували при -20 С. Кореневі системи підбирали і витирали насухо. Аналіз рослин включав визначення маси насіння (10 насінин на генотип), висоти пагонів через 15 та 20 днів, кількості листків через 10, 15 та 20 днів та свіжої біомаси коренів та пагонів через 21 день (n = 5). Двосторонні тести ANOVA та Tukey були проведені для порівняння ефектів генетичних груп кукурудзи та окремих ліній кукурудзи (P