Adaptation of symbiotic bacteria of metallicolous legumes : impacts of heavy metals and the host plant on the composition of rhizobial populations symbiotic to Anthyllis vulneraria and to Lotus corniculatus
Adaptation des bactéries symbiotiques de légumineuses métallicoles : effets des métaux lourds et de la plante hôte sur la composition des populations de rhizobia symbiotiques d’Anthyllis vulneraria et de Lotus corniculatus
Résumé
Two legumes (Anthyllis vulneraria and Lotus corniculatus) adapted to heavy metals form an interesting material for phytostabilisation strategy in mining sites. As biological nitrogen fixators, these legumes associated with compatible symbiotic bacteria provide an efficient establishment of a sustainable cover vegetation limiting metal dispersion in the environment. Our objectives were to study the effects of heavy metals and the host plant on symbiotic populations naturally associated with these legumes by analyzing (i) symbiotic populations associated with A. vulneraria on 8 contaminated and uncontaminated sites (ii) rhizobial populations associated with L. corniculatus that were compared with those of Anthyllis. The distribution of mesorhizobial strains isolated from A. vulneraria root-nodules from several contaminated and uncontaminated sites depends on high levels of heavy metals in soils by selecting highly resistant strains and impacting the taxonomic composition. Strains belonging to M. metallidurans were only found in highly contaminated sites. Two new potential metal-tolerant species were detected in two distinct mines. One of them was closely related to M. ciceri and M. loti and its members had the feature of not -possessing the cadA gene, a gene involved in metal-tolerance among M. metallidurans strains. By contrast, uncontaminated sites revealed a different taxonomic diversity with new species sensitive to heavy metals. Four of these new species were defined. A. vulneraria and L. corniculatus share the same taxonomic diversity in the contaminated sites tested. By contrast, symbiotic properties of the strains vary depending on the host plant used for trapping. Strains belong either to symbiovar (sv.) anthyllidis or to sv. loti according to geographic origins and independently of heavy metal levels in soils. A. vulneraria associated with strains of sv. anthyllidis or sv. loti. In contrast, L. corniculatus only associated with strains of sv. loti. In contaminated or uncontaminated soils, A. vulneraria was preferentially nodulated by sv. anthyllidis. In conclusion, A. vulneraria and L. corniculatus established symbiotic relationships with the same taxonomic groups of Mesorhizobium but associated with different symbiovars. The finding of taxonomic groups strongly depends on geographical sites, suggesting special adaptations to environmental conditions. Use of local biological resources is the strategy we recommend for revegetation of old mines.
Deux légumineuses (Anthyllis vulneraria et Lotus corniculatus) adaptées aux métaux lourds constituent un matériel d’intérêt pour la phytostabilisation de sites miniers. Leur fonction de fixatrices biologiques d’azote grâce à leur symbiose avec des bactéries symbiotiques permet l’établissement efficace d’une couverture végétale durable limitant la dispersion des métaux dans l’environnement. Nos objectifs ont été d’étudier les effets des métaux lourds et de la plante hôte sur les populations symbiotiques naturellement associées à ces légumineuses en analysant (i) les populations symbiotiques associées à A. vulneraria sur 8 sites contaminés ou non (ii) les populations de rhizobia associées à L. corniculatus qui ont été comparées à celles d’Anthyllis. La distribution des souches de Mesorhizobium isolées de nodosités d’A. vulneraria et provenant de plusieurs sites contaminés ou non dépend des fortes teneurs en métaux lourds des sols qui sélectionnent fortement les souches symbiotiques résistantes et influencent leur composition taxonomique. Les souches appartenant à l’espèce M. metallidurans ont été retrouvées seulement dans les sites fortement contaminés. Deux nouvelles espèces potentielles et résistantes aux métaux semblent exister chacune sur un site minier distinct. L’une d’elle est proche de M. ciceri et de M. loti et tous ses membres présentent la particularité de ne pas posséder de gène cadA, un gène impliqué dans la tolérance aux métaux chez M. metallidurans. Par contre, les sites non contaminés révèlent une diversité taxonomique différente avec la présence de nouvelles espèces de Mesorhizobium sensibles aux métaux lourds. Quatre de ces nouvelles espèces ont été définies. A. vulneraria et L. corniculatus partagent la même diversité taxonomique dans les sites contaminés testés. Par contre, les propriétés symbiotiques des souches varient selon la plante hôte utilisée pour le piégeage. Les souches appartiennent soit au symbiovar (sv.) anthyllidis soit au sv. loti selon le site géographique d’origine et ceci indépendamment des teneurs en métaux lourds dans le sol. A. vulneraria s’associe avec les souches possédant les sv. anthyllidis ou sv. loti. En revanche, L. corniculatus ne s’associe qu’avec des souches du sv. loti. Dans tous les sols qu’ils soient contaminés ou non, A. vulneraria nodule préférentiellement avec le sv. anthyllidis. En conclusion, A. vulneraria et L. corniculatus établissent des symbioses avec les mêmes espèces de Mesorhizobium et s’associent préférentiellement avec un sv. Les taxons retrouvés dépendent fortement des sites d’isolement, ce qui pourrait traduire des adaptations particulières aux conditions environnementales. L’utilisation des ressources biologiques locales est une stratégie que nous recommandons pour la végétalisation d’anciens sites miniers.
Origine : Version validée par le jury (STAR)