Modulation of root nitrogenous compounds exudation in Fabaceae and response to water stress
Modulation de l'exsudation racinaire de composés azotés chez les Fabacées et réponse aux stress hydriques
Résumé
Legume roots release substantial amounts of nitrogen (N) into the soil. They can help to reduce the use of synthetic N fertilisers in cropping systems. A part of this N derives from root exudates, mainly in amino acids (AAs) forms, that are highly suspected to regulate the abundance of microbial community in the rhizosphere. This may impact plant nutrition and resistance to abiotic stress. However, exudated AAs have not been unequivocally quantified, due to interaction with rhizosphere microorganisms and mineral particles. We hypothesized that root AA exudation could change significantly according to the substrate type, the plant growth and water availability. In the present work, we have developed a methodology using unsterilized soil in order to measure the rhizosphere AA fingerprint (RAAF), as the net result of interactions between AA exudation and rhizospheric environment. The RAAF was measured in Medicago truncatula grown in either sterilized sand or unsterilized soil, at three vegetative plant stages; and in Pisum sativum grown in unsterilized soil, under either a water deficit or a water excess. P. sativum plants were stem-labeled with 15N, in order to assess root 15N-AA released in the rhizosphere. The RAAF increased substantially during plant growth, showing a significant quantitative and qualitative plant growth dependent effect. Water deficit significantly modified RAAF with more recently assimilated N, proline, alanine and valine released in the rhizosphere under water deficit. This work contributed to highlight factors affecting RAAF and to better understand ecophysiological aspects of N rhizodeposition of legumes.
Les légumineuses ont des rhizodépôts riches en azote (N). Leur emploi dans les rotations de cultures permet de réduire l’usage de fertilisants de synthèse. Parmi les composés azotés exsudés par les racines, les acides aminés (AA) sont reconnus pour leur rôle dans la régulation des communautés microbiennes de la rhizosphère, avec un impact sur la nutrition des plantes et leur résistance aux stress abiotiques. Cette exsudation est difficile à mesurer en raison des interactions avec les microorganismes et les particules minérales du sol. Nous avons fait l’hypothèse que l’exsudation racinaire d’AA varie en fonction du substrat, de la croissance et de l’humidité sol. Une méthode d’extraction des AA du sol a été mise au point pour estimer l’empreinte rhizosphérique en acides aminés (ERAA) dans le sol non stérilisé, comme résultat net des interactions entre l’exsudation d’AA et le milieu rhizosphérique. L’évolution de l’ERAA a ainsi été étudiée chez Medicago truncatula cultivée sur sable stérilisé ou sol non stérilisé, à 3 stades de croissance végétative, et chez Pisum sativum soumis ou non à un déficit hydrique ou un excès d’eau. Le marquage au 15N a été utilisé pour appréhender le mouvement des 15N-AA libérés par les racines vers la rhizosphère. L’ERAA augmente au cours de la croissance végétative et est dépendante en quantité et en qualité, du stade de la plante. Le déficit hydrique modifie l’ERAA avec la présence de plus de N récemment assimilé par la plante, plus de proline, d’alanine et de valine. En tenant compte des limites expérimentales, ces travaux ont permis de mieux comprendre les facteurs qui influencent l’ERAA et d’appréhender la rhizodéposition azotée des légumineuses.