Restructuring plant-microorganism relationships under the influence of heat and water stress, isolated or combined | Restructuration des relations plant-microorganisme sous l’Influence du stress thermique et hydrique, isolé ou combiné

National audience

English. In the context of climate change, the intensification of drought episodes and heat waves is predicted to significantly reduce soybean yields. As the most widely cultivated legume globally, it is crucial to enhance its resilience to maintain productivity. This study examines the impact of thermal and water stresses, alone or combined, on soybean nutrition and growth, focusing on root morphology, nutrient uptake efficiency, and the associated microbial environment. Two soybean genotypes with contrasting root architectures were cultivated during their vegetative phase on the high-throughput phenotyping platform Serres-4PMI in Dijon, under different climatic conditions, including heat waves, water deficit, or a combination of both stresses.The adopted approach is integrative, encompassing ecophysiological analyses (water uptake, tissue mineral composition), metabolic and transcriptional studies, as well as microbiome analyses. We first assessed the direct impact of stress on microbial communities and then analyzed their indirect effects in various plant compartments (the phyllosphere, leaf endosphere, root endosphere, rhizosphere, and bare soil). Using a systems biology approach, we identified metabolites exuded by the plant and their influence on associated microbial communities.Our results indicate that the direct effect of stress on microbial communities is weaker than the indirect effect mediated by the plant. Furthermore, while the genotype plays a role, it remains secondary to the diversity of stress factors. Interestingly, the combination of water and heat stress does not always follow an additive model. For instance, the relative abundance of Proteobacteria in roots increases only under water stress, whereas Actinobacteria abundance rises exclusively under combined stress conditions.In conclusion, this cross-analysis provides valuable insights into the adaptation of soybean and its microbiome to climate change, highlighting the complexity of interactions within this holobiont.

French. Dans le contexte du changement climatique, l'intensification des épisodes de sécheresse et des vagues de chaleur prédit une réduction significative des rendements du soja. En tant que légumineuse la plus cultivée au monde, il est crucial d'améliorer sa résilience pour maintenir sa productivité. Cette étude examine l'impact des stress thermiques et hydriques, seuls ou combinés, sur la nutrition et la croissance du soja, en s'intéressant à la morphologie racinaire, à l'efficience d'absorption des nutriments et à l'environnement microbien associé. Deux génotypes de soja aux architectures racinaires contrastées ont été cultivés, au cours de leur phase végétative, sur la plateforme de phénotypage à haut débit Serres-4PMI de Dijon, sous différentes conditions climatiques, incluant des vagues de chaleur, un déficit hydrique ou la combinaison de ces deux stress. L’approche adoptée est intégrative puisqu’elle inclut des analyses écophysiologiques (absorption d'eau, composition minérale des tissus), métaboliques, transcriptionnelles, ainsi que des analyses du microbiote. Nous avons d'abord évalué l'impact direct des stress sur les communautés microbiennes, puis analysé leur effet indirect dans différents compartiments de la plante (la phyllosphère, l’endosphère des feuilles, l’endosphère des racines, la rhizosphère et le sol nue). Par une approche de biologie des systèmes, nous avons pu identifier des métabolites exsudés par la plante et leur influence sur les communautés microbiennes associées.Nos résultats montrent que l'effet direct des stress sur les communautés microbiennes est plus faible que l’effet indirect via la plante. De plus, bien que l’effet du génotype joue un rôle, il reste secondaire par rapport à la diversité des facteurs de stress. Il est également intéressant de noter que la combinaison des stress hydrique et thermique ne suit pas toujours un modèle additif. Par exemple, l'abondance relative des Protéobactéries dans les racines augmente uniquement sous stress hydrique, tandis que celle des Actinobactéries croît uniquement sous stress combiné.En conclusion, cette analyse croisée révèle des informations précieuses sur l'adaptation du soja et de son microbiote au changement climatique, mettant en lumière la complexité des interactions au sein de cet holobionte.