Opening the black box of interaction between soybean and its microbial communities during water stress and high temperatures | Ouverture de la boîte noire de l'interaction entre le soja et ses communautés microbiennes lors de stress hydrique et de fortes températures

Inglés. Legumes are grown for their protein-rich seeds, which are used for animal feed or human consumption. Seed legumes do not need nitrogen fertiliser, thanks to their ability to fix atmospheric N2 in symbiosis with soil bacteria (rhizobium) in newly formed root organs called nodules. Legumes therefore play an essential role in the development of more sustainable agriculture and can help mitigate future climate change. However, their sensitivity to environmental stresses, particularly water stress and high temperatures, means that their yields are unstable, which can hamper their development in cropping systems. In the context of climate change, where periods of water stress and high temperatures are more intense and longer, it is necessary to improve the ability of grain legumes to maintain their growth in order to guarantee high levels of productivity. After identifying two soybean genotypes with contrasting root architecture, the two genotypes were placed under control conditions in non-sterile soil and subjected to water deficit and/or heat wave conditions. This thesis highlighted the complex responses of soybean to environmental stresses and revealed several key insights. Water and heat stress significantly influenced the plant’s nutritional balance, with a close correlation observed between water flux intensity and mineral uptake, highlighting the crucial role of water in nutrient transport. The multi-omics approach provided an in-depth understanding of plant metabolism under stress, showing that conditions of combined stress lead to an increase in the potential catabolism and remobilisation of certain nutrient, which is essential for maintaining osmolarity and supporting adaptation to stress. Finally, this research revealed that stress conditions distinctly modify the microbial communities associated with different plant compartments. In particular, root and leaf microbiota responded differently under different stress scenarios, reflecting the nuanced interactions between plants and their associated microbial communities in the face of environmental challenges.

Francés. Les légumineuses sont cultivées pour leurs graines riches en protéines, utilisées pour l'alimentation animale ou humaine. Les légumineuses à graines n'ont pas besoin d'engrais azotés, grâce à leur capacité à fixer le N2 atmosphérique en symbiose avec les bactéries du sol (rhizobium) dans des organes racinaires nouvellement formés appelés nodosités. De ce fait, les légumineuses jouent donc un rôle essentiel dans le développement d'une agriculture plus durable et peuvent contribuer à l'atténuation du changement climatique futur. Toutefois, leur sensibilité aux stress environnementaux, en particulier le stress hydrique et les fortes températures, entraînent une instabilité de leur rendement pouvant entraver leurs développements dans les systèmes de culture. Dans le contexte du changement climatique, où les périodes de stress hydrique et de fortes températures sont plus intenses et plus longues, il est nécessaire d'améliorer la capacité des légumineuses à grains à maintenir leur croissance afin de garantir des niveaux de productivité élevés. Après avoir identifié deux génotypes de soja à l’architecture racinaire contraster les deux génotypes ont été placé en condition contrôle dans un sol non stérile et on subit des conditions de déficit en eau et ou de vague de chaleur. Cette thèse a mis en lumière les réponses complexes du soja aux stress environnementaux et a révélé plusieurs perspectives clés. Les stress hydrique et thermique ont influencé de manière significative l'équilibre nutritionnel de la plante, avec une corrélation étroite observée entre l'intensité du flux d'eau et l'absorption minérale, soulignant le rôle crucial de l'eau dans le transport des nutriments. L'approche multi-omique a fourni une compréhension approfondie du métabolisme des plantes sous stress, montrant que les conditions de stress combiné entraînent une augmentation du catabolisme potentiel et de la remobilisation de certain élément nutritif essentiels pour maintenir l'osmolarité et soutenir l'adaptation au stress. Enfin, ces recherches ont révélé que les conditions de stress modifient distinctement les communautés microbiennes associées à différents compartiments de la plante. En particulier, le microbiote des racines et des feuilles qui ont répondu différemment selon les scénarios de stress, reflétant les interactions nuancées entre les plantes et leurs communauté microbiennes associé face aux défis environnementaux.