Biological control of soil-borne pathogens by fluorescent pseudomonads.

Particular bacterial strains in certain natural environments prevent infectious diseases of plant roots. How these bacteria achieve this protection from pathogenic fungi has been analysed in detail in biocontrol strains of fluorescent pseudomonads. During root colonization, these bacteria produce antifungal antibiotics, elicit induced systemic resistance in the host plant or interfere specifically with fungal pathogenicity factors. Before engaging in these activities, biocontrol bacteria go through several regulatory processes at the transcriptional and post-transcriptional levels.

Improving the prediction of plant species distribution and community composition by adding edaphic to topo-climatic variables

Questions Soil properties have been widely shown to influence plant growth and distribution. However, the degree to which edaphic variables can improve models based on topo-climatic variables is still unclear. In this study, we tested the roles of seven edaphic variables, namely (1) pH; (2) the content of nitrogen and of (3) phosphorus; (4) silt; (5) sand; (6) clay and (7) carbon-to-nitrogen ratio, as predictors of species distribution models in an edaphically heterogeneous landscape. We also tested how the respective influence of these variables in the models is linked to different ecological and functional species characteristics. Location The Western Alps, Switzerland. Methods With four different modelling techniques, we built models for 115 plant species using topo-climatic variables alone and then topo-climatic variables plus each of the seven edaphic variables, one at a time. We evaluated the contribution of each edaphic variable by assessing the change in predictive power of the model. In a second step, we evaluated the importance of the two edaphic variables that yielded the largest increase in predictive power in one final set of models for each species. Third, we explored the change in predictive power and the importance of variables across plant functional groups. Finally, we assessed the influence of the edaphic predictors on the prediction of community composition by stacking the models for all species and comparing the predicted communities with the observed community. Results Among the set of edaphic variables studied, pH and nitrogen content showed the highest contributions to improvement of the predictive power of the models, as well as the predictions of community composition. When considering all topo-climatic and edaphic variables together, pH was the second most important variable after degree-days. The changes in model results caused by edaphic predictors were dependent on species characteristics. The predictions for the species that have a low specific leaf area, and acidophilic preferences, tolerating low soil pH and high humus content, showed the largest improvement by the addition of pH and nitrogen in the model. Conclusions pH was an important predictor variable for explaining species distribution and community composition of the mountain plants considered in our study. pH allowed more precise predictions for acidophilic species. This variable should not be neglected in the construction of species distribution models in areas with contrasting edaphic conditions.

Expression analyses of three members of the AtPHO1 family reveal differential interactions between signaling pathways involved in phosphate deficiency and the responses to auxin, cytokinin, and abscisic acid.

The PHO1 protein is involved in loading inorganic phosphate (Pi) to the root xylem. Ten genes homologous to AtPHO1 are present in the Arabidopsis thaliana (L.) Heyn genome. From this gene family, transcript levels of only AtPHO1, AtPHO1;H1 and AtPHO1;H10 were increased by Pi-deficiency. While the up-regulation of AtPHO1;H1 and AtPHO1;H10 by Pi deficiency followed the same rapid kinetics and was dependent on the PHR1 transcription factor, phosphite only strongly suppressed the expression of AtPHO1;H1 and had a minor effect on AtPHO1;H10. Addition of sucrose was found to increase transcript levels of both AtPHO1 and AtPHO1;H1 in Pi-sufficient or Pi-deficient plants, but to suppress AtPHO1:H10 under the same conditions. Treatments of plants with auxin or cytokinin had contrasting effect depending on the gene and on the Pi status of the plants. Thus, while both hormones down-regulated expression of AtPHO1 independently of the plant Pi status, auxin and cytokinin up-regulated AtPHO1;H1 and AtPHO1;H10 expression in Pi-sufficient plants and down-regulated expression in Pi-deficient plants. Treatments with abscisic acid inhibited AtPHO1 and AtPHO1;H1 expression in both Pi-sufficient and Pi-deficient plants, but increased AtPHO1;H10 expression under the same conditions. The inhibition of expression by abscisic acid of AtPHO1 and AtPHO1;H1, and of the Pi-starvation responsive genes AtPHT1;1 and AtIPS1, was dependant on the ABI1 type 2C protein phosphatase. These results reveal that various levels of cross talk between the signal transduction pathways to Pi, sucrose and phytohormones are involved in the regulation of expression of the three AtPHO1 homologues.

Plant functional and phylogenetic turnover correlate with climate and land use in the Western Swiss Alps

Understanding the relative importance of historical and environmental processes in the structure and composition of communities is one of the longest quests in ecological research. Increasingly, researchers are relying on the functional and phylogenetic β-diversity of natural communities to provide concise explanations on the mechanistic basis of community assembly and the drivers of trait variation among species. The present study investigated how plant functional and phylogenetic β-diversity change along key environmental and spatial gradients in the Western Swiss Alps. Methods Using the quadratic diversity measure based on six functional traits: specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), plant height (H), leaf carbon content (C), leaf nitrogen content (N), and leaf carbon to nitrogen content (C/N) alongside a species-resolved phylogenetic tree, we relate variations in climate, spatial geographic, land use and soil gradients to plant functional and phylogenetic turnover in mountain communities of the Western Swiss Alps. Important findings Our study highlights two main points. First, climate and land use factors play an important role in mountain plant community turnover. Second, the overlap between plant functional and phylogenetic turnover along these gradients correlates with the low phylogenetic signal in traits, suggesting that in mountain landscapes, trait lability is likely an important factor in driving plant community assembly. Overall, we demonstrate the importance of climate and land use factors in plant functional and phylogenetic community turnover, and provide valuable complementary insights into understanding patterns of β-diversity along several ecological gradients.

Cost limitation through constrained oviposition site in a plant-pollinator/seed predator mutualism

Mutualism often involves reciprocal exploitation due to individual selection for increased benefits even at the expense of the partner. Therefore, stability and outcomes of such interactions crucially depend on cost limitation mechanisms. In the plant, pollinator /seed predator interaction between Silene latifolia (Caryophyllaceae) and Hadena bicruris (Lepidoptera: Noctuidae), moths generate pollination benefits as adults but impose seed predation costs as larvae. We examined whether floral morphology limits over-exploitation by constraining oviposition site. Oviposition site varies naturally inside vs. outside the corolla tube, but neither its determinants nor its effect on the interaction have been investigated. In a common garden with plants originating from eight populations, corolla tube length predicted oviposition site, but not egg presence or pollination efficiency, suggesting that long corolla tubes constrain the moth to lay eggs on petals. Egg position was also predicted by the combined effect of corolla tube and moth ovipositor lengths, with shorter ovipositor than corolla tube resulting in higher probability for eggs outside. Egg position on a given plant was repeatable over different exposure nights. When egg position was experimentally manipulated, eggs placed on the petal resulted in significantly fewer successful fruit attacks compared with eggs placed inside the corolla tube, suggesting differences in egg/larval mortality. Egg position also differently affected larval mass, fruit mass and fruit development. Our results indicate that constraining oviposition site through a long corolla tube reduces seed predation costs suffered by the plant without negatively affecting pollination efficiency and, hence may act to limit over-exploitation. However, the net effects of corolla tube depth variation on this interaction may fluctuate with extrinsic factors affecting egg mortality, and with patterns of gene flow affecting trait matching between the interacting species. The intermediate fitness costs incurred by both plant and insect associated with the different egg positions may reduce selective pressures for this interaction to evolve towards antagonism, favouring instead a mutualistic outcome. While a role for oviposition site variation in cost limitation is a novel finding in this system, it may apply more generally also to other mutualisms involving pollinating seed predators.

Soil tillage affects the community structure of mycorrhizal fungi in maize roots

In this study we tested whether communities of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) colonizing the roots of maize (Zea mays L.) were affected by soil tillage practices (plowing, chiseling, and no-till) in a long-term field experiment carried out in Tanikon (Switzerland). AMF were identified in the roots using specific polymerase chain reaction (PCR) markers that had been developed for the AMF previously isolated from the soils of the studied site. A nested PCR procedure with primers of increased specificity (eukaryotic, then, fungal, then AMF species or. species-grouop specific) was used. Sequencing of amplified DNA confirmed that the DNA obtained from the maize roots was of AMF origin. Presence of particular AMF species or species-group was scored as a presence of a DNA product after PCR with specific primers. We also used single-strand conformation polymorphism analysis (SSCP), of amplified DNA samples to-check if the amplification of the DNA from maize roots matched the expected profile for a particular AMF isolate with a given specific primer pair. Presence of the genus Scutellospora, in maize roots was strongly reduced in plowed and chiseled soils. Fungi from the suborder Glomineae were more prevalent colonizers of maize roots growing in plowed soils, but were also present in the roots from other tillage treatments. These changes in community of AMF colonizing maize roots might be due to (1), the differences in tolerance to the tillage-induced disruption of the hyphae among the different AMF species, (2) changes in nutrient content of the soil, (3) changes in microbial activity, or (4) changes in weed populations in response to soil tillage. This is the first report on community composition of AMF in the roots of a field-grown crop plant (maize) as affected by soil tillage.

Spatial pattern and process at the plant neighbourhood scale: insights from communities dominated by the clonal grass Elymus repens (L.) Gould.

Question: How do clonal traits of a locally dominant grass (Elymus repens (L.) Gould.) respond to soil heterogeneity and shape spatial patterns of its tillers? How do tiller spatial patterns constrain seedling recruitment within the community?Locations: Artificial banks of the River Rhone, France.Material and Methods: We examined 45 vegetation patches dominated by Elymus repens. During a first phase we tested relationships between soil variables and three clonal traits (spacer length, number of clumping tillers and branching rate), and between the same clonal traits and spatial patterns (i.e. density and degree of spatial aggregation) of tillers at a very fine scale. During a second phase, we performed a sowing experiment to investigate effects of density and spatial patterns of E. repens on recruitment of eight species selected from the regional species pool.Results: Clonal traits had clear effects - especially spacer length - on densification and aggregation of E. repens tillers and, at the same time, a clear response of these same clonal traits as soil granulometry changed. The density and degree of aggregation of E. repens tillers was positively correlated to total seedling cover and diversity at the finest spatial scales.Conclusions: Spatial patterning of a dominant perennial grass responds to soil heterogeneity through modifications of its clonal morphology as a trade-off between phalanx and guerrilla forms. In turn, spatial patterns have strong effects on abundance and diversity of seedlings. Spatial patterns of tillers most probably led to formation of endogenous gaps in which the recruitment of new plant individuals was enhanced. Interestingly, we also observed more idiosyncratic effects of tiller spatial patterns on seedling cover and diversity when focusing on different growth forms of the sown species.

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.

Diversity and structure of AMF communities as affected by tillage in a temperate soil.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) were studied in differently tilled soils from a long-term field experiment in Switzerland. Diversity and structure of AMF communities were surveyed either directly on spores isolated from the field soil or on spores isolated from trap cultures, planted with different host plants. Single-spore cultures were established from the AMF spores obtained from trap cultures. Identification of the AMF was made by observation of spore morphology and confirmed by sequencing of ITS rDNA. At least 17 recognised AMF species were identified in samples from field and/or trap cultures, belonging to five genera of AMF--Glomus, Gigaspora, Scutellospora, Acaulospora, and Entrophospora. Tillage had a significant influence on the sporulation of some species and non- Glomus AMF tended to be more abundant in the no-tilled soil. The community structure of AMF in the field soil was significantly affected by tillage treatment. However, no significant differences in AMF diversity were detected among different soil tillage treatments. AMF community composition in trap cultures was affected much more by the species of the trap plant than by the original tillage treatment of the field soil. The use of trap cultures for fungal diversity estimation in comparison with direct observation of field samples is discussed.

Identity and combinations of arbuscular mycorrhizal fungal isolates influence plant resistance and insect preference

1. Accumulating evidence indicates that plant resistance against above-ground herbivores can be affected by the presence of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in association with the host plant. Little is known, however, about how AMF composition can influence herbivore choice to feed on a particular plant. 2. Unravelling the preference-performance hypothesis in a multitrophic context is needed to expand our knowledge of complex multitrophic interactions in natural systems. If given mycorrhizal fungal genotypes increase attractiveness for a herbivore (reduced plant resistance), then the benefits of increased unpalatability provided by the mycorrhizal fungi (increased plant resistance) might be outweighed by the increased herbivore recruitment. 3. This was addressed by designing three experiments to test the effects of different AMF genotypes, inoculated either alone or in combination, to measure intraspecific AMF effects on plant resistance and insect herbivore preference. Using strawberry (Fragaria vesca L.) plants that were colonised by eight different combinations of Rhizophagus irregularis isolates, we measured effects on plant growth, insect growth and survival, as well as feeding preferences of a generalist herbivore caterpillar (Spodoptera littoralis Boisduval). 4. Overall, it was found that: (i) AMF influenced plant resistance in an AMF genotype-specific manner; (ii) some AMF inoculations decreased insect performance; (iii) insects preferentially chose to feed more on leaves originating from non-mycorrhizal plants; but also that (iv) in a whole plant bioassay, insects preferentially chose the biggest plant, regardless of their mycorrhizal status. 5. Therefore, AMF-mediated trade-offs between growth and resistance against herbivores have been shown. Such trade-offs, particularly driven by plant attractiveness to herbivores, buffer the positive effects of the mycorrhizal symbiosis on enhanced plant growth.

Light-regulated interactions with SPA proteins underlie cryptochrome-mediated gene expression.

Cryptochromes are a class of photosensory receptors that control important processes in animals and plants primarily by regulating gene expression. How photon absorption by cryptochromes leads to changes in gene expression has remained largely elusive. Three recent studies, including Lian and colleagues (pp. 1023-1028) and Liu and colleagues (pp. 1029-1034) in this issue of Genes & Development, demonstrate that the interaction of light-activated Arabidopsis cryptochromes with a class of regulatory components of E3 ubiquitin ligase complexes leads to environmentally controlled abundance of transcriptional regulators.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

Organic matter processing and soil evolution in a braided river system

Traditionally, braided river research has considered flow, sediment transport processes and, recently, vegetation dynamics in relation to river morphodynamics. However, if considering the development of woody vegetated patches over a time scale of decades, we must consider the extent to which soil forming processes, particularly related to soil organic matter, impact the alluvial geomorphic-vegetation system. Here we quantify the soil organic matter processing (humification) that occurs on young alluvial landforms. We sampled different geomorphic units, ranging from the active river channel to established river terraces in a braided river system. For each geomorphic unit, soil pits were used to sample sediment/soil layers that were analysed in terms of grain size (<2mm) and organic matter quantity and quality (RockEval method). A principal components analysis was used to identify patterns in the dataset. Results suggest that during the succession from bare river gravels to a terrace soil, there is a transition from small amounts of external organic matter supply provided by sedimentation processes (e.g. organic matter transported in suspension and deposited on bars), to large amounts of autogenic in situ organic matter production due to plant colonisation. This appears to change the time scale and pathways of alluvial succession (bio-geomorphic succession). However, this process is complicated by: the ongoing possibility of local sedimentation, which can serve to isolate surface layers via aggradation from the exogenic supply; and erosion which tends to create fresh deposits upon which organic matter processing must re-start. The result is a complex pattern of organic matter states as well as a general lack of any clear chronosequence within the active river corridor. This state reflects the continual battle between deposition events that can isolate organic matter from the surface, erosion events that can destroy accumulating organic matter and the early ecosystem processes necessary to assist the co-evolution of soil and vegetation. A key question emerges over the extent to which the fresh organic matter deposited in the active zone is capable of significantly transforming the local geochemical environment sufficiently to accelerate soil development.