1. Wild Wheat Rhizosphere-Associated Plant Growth-Promoting Bacteria Exudates: Effect on Root Development in Modern Wheat and Composition
- Author
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Houssein Zhour, Fabrice Bray, Israa Dandache, Guillaume Marti, Stéphanie Flament, Amélie Perez, Maëlle Lis, Llorenç Cabrera-Bosquet, Thibaut Perez, Cécile Fizames, Ezekiel Baudoin, Ikram Madani, Loubna El Zein, Anne-Aliénor Véry, Christian Rolando, Hervé Sentenac, Ali Chokr, Jean-Benoît Peltier, Bray, Fabrice, Institut des Sciences des Plantes de Montpellier (IPSIM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM), Faculty of Sciences [Lebanese University] | Faculté des Sciences [Université Libanaise], Lebanese University [Beirut] (LU), Miniaturisation pour la Synthèse, l’Analyse et la Protéomique - UAR 3290 (MSAP), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MetaToul Agromix, MetaboHUB-MetaToul, Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Écophysiologie des Plantes sous Stress environnementaux (LEPSE), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (UMR LSTM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
- Subjects
plant–microbiome communication ,Organic Chemistry ,diazotroph ,durum wheat ,PGPR ,bacterial exudate ,metabolomics ,proteomics ,General Medicine ,[SDV.BV.BOT]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology/Botanics ,[SDV.MP.BAC]Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology/Bacteriology ,Catalysis ,Computer Science Applications ,Inorganic Chemistry ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,[SDV.BV] Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,Physical and Theoretical Chemistry ,Molecular Biology ,Spectroscopy ,[SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis - Abstract
International audience; Diazotrophic bacteria isolated from the rhizosphere of a wild wheat ancestor, grown from its refuge area in the Fertile Crescent, were found to be efficient Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR), upon interaction with an elite wheat cultivar. In nitrogen-starved plants, they increased the amount of nitrogen in the seed crop (per plant) by about twofold. A bacterial growth medium was developed to investigate the effects of bacterial exudates on root development in the elite cultivar, and to analyze the exo-metabolomes and exo-proteomes. Altered root development was observed, with distinct responses depending on the strain, for instance, with respect to root hair development. A first conclusion from these results is that the ability of wheat to establish effective beneficial interactions with PGPRs does not appear to have undergone systematic deep reprogramming during domestication. Exo-metabolome analysis revealed a complex set of secondary metabolites, including nutrient ion chelators, cyclopeptides that could act as phytohormone mimetics, and quorum sensing molecules having inter-kingdom signaling properties. The exo-proteome-comprised strain-specific enzymes, and structural proteins belonging to outer-membrane vesicles, are likely to sequester metabolites in their lumen. Thus, the methodological processes we have developed to collect and analyze bacterial exudates have revealed that PGPRs constitutively exude a highly complex set of metabolites; this is likely to allow numerous mechanisms to simultaneously contribute to plant growth promotion, and thereby to also broaden the spectra of plant genotypes (species and accessions/cultivars) with which beneficial interactions can occur.
- Published
- 2022