Plants form beneficial symbioses with a wide variety of microorganisms. Among these, endophytes, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), and nitrogen-fixing rhizobia are some of the most studied and well understood symbiotic interactions. These symbiotic microorganisms promote plant nutrition and growth. In exchange, they receive the carbon and metabolites necessary for their development and multiplication. In addition to their role in plant growth and development, these microorganisms enhance host plant tolerance to a wide range of environmental stress. Multiple studies have shown that these microorganisms modulate the phytohormone metabolism in the host plant. Among the phytohormones involved in the plant defense response against biotic environment, salicylic acid (SA) plays an important role in activating plant defense. However, in addition to being a major actor in plant defense signaling against pathogens, SA has also been shown to be involved in plant–microbe symbiotic interactions. In this review, we summarize the impact of SA on the symbiotic interactions. In addition, we give an overview of the impact of the endophytes, AMF, and rhizobacteria on SA-mediated defense response against pathogens.

Legumes can meet their nitrogen requirements through root nodule symbiosis, which could also trigger plant systemic resistance against pests. The pea aphid Acyrthosiphon pisum , a legume pest, can harbour different facultative symbionts (FS) influencing various traits of their hosts. It is therefore worth determining if and how the symbionts of the plant and the aphid modulate their interaction. We used different pea aphid lines without FS or with a single one ( Hamiltonella defensa , Regiella insecticola, Serratia symbiotica ) to infest Medicago truncatula plants inoculated with Sinorhizobium meliloti (symbiotic nitrogen fixation, SNF) or supplemented with nitrate (non-inoculated, NI). The growth of SNF and NI plants was reduced by aphid infestation, while aphid weight (but not survival) was lowered on SNF compared to NI plants. Aphids strongly affected the plant nitrogen fixation depending on their symbiotic status, suggesting indirect relationships between aphid- and plant-associated microbes. Finally, all aphid lines triggered expression of Pathogenesis-Related Protein 1 ( PR1 ) and Proteinase Inhibitor (PI) , respective markers for salicylic and jasmonic pathways, in SNF plants, compared to only PR1 in NI plants. We demonstrate that the plant symbiotic status influences plant–aphid interactions while that of the aphid can modulate the amplitude of the plant's defence response.

Copper-based formulations of wood preservatives are widely used in industry to protect wood materials from degradation caused by fungi. Wood treated with preservatives generate toxic waste that currently cannot be properly recycled. Despite copper being very efficient as an antifungal agent against most fungi, some species are able to cope with these high metal concentrations. This is the case for the brown-rot fungus Rhodonia placenta and the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium, which are able to grow efficiently in pine wood treated with Tanalith E3474. Here, we aimed to test the abilities of the two fungi to cope with copper in this toxic environment and to decontaminate Tanalith E-treated wood. A microcosm allowing the growth of the fungi on industrially treated pine wood was designed, and the distribution of copper between mycelium and wood was analysed within the embedded hyphae and wood particles using coupled X-ray fluorescence spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM)/Electron Dispersive Spectroscopy (EDS). The results demonstrate the copper biosorption capacities of P. chrysosporium and the production of copper-oxalate crystals by R. placenta. These data coupled to genomic analysis suggest the involvement of additional mechanisms for copper tolerance in these rot fungi that are likely related to copper transport (import, export, or vacuolar sequestration).

Sustainable protein production is needed to ensure food security while mitigating climate change. Leguminous crops contribute to these goals by providing protein-rich seeds and improving soil fertility through nitrogen-fixing symbiosis (NFS) with rhizobia. Beyond their nutritional and agronomic benefits, legumes face major challenges from insect herbivores such as the pea aphid, Acyrthosiphon pisum . While NFS can enhance plant defences against aphids, the influence of plant and aphid genotypic variation on these rhizobia-mediated effects remains poorly understood. Here, we investigated how genotype interactions influence rhizobia-mediated defence priming by using two Medicago truncatula genotypes (A17 and R108) grown under NFS with Sinorhizobium meliloti 2011 or nitrate (NI) feeding conditions and infested with three clonal lines representing two pea aphid biotypes. We analysed aphid performance, plant fitness, and plant leaf expression of defence genes associated with the jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA) signalling pathways over a 12-day period following aphid infestation. Aphid fitness varied significantly with both plant and aphid genotypes and was further modulated by rhizobia inoculation. Expression of defence marker genes involved in SA and JA pathway was dependent on specific plant–aphid genotype combinations and was significantly modulated by rhizobia inoculation. This pattern suggests that both SA- and JA-mediated plant defences contribute to regulating aphid weight, possibly through different mechanisms or in response to different plant–aphid interactions. Our study shows that plant and aphid genotypes, rhizobia inoculation and interactions (G × G × R) are thus central components driving plantaphid-rhizobia interaction dynamics. Our study highlights importance of genetic context and microbial symbiosis in structuring multitrophic interactions and suggests new opportunities to optimize pest resistance using plant-beneficial microbial associations.

Symbiose fixatrice d'azote versus nutrition minérale azotée : conséquence sur l'interaction entre Medicago truncatula et le puceron du pois Acyrthosiphon pisum: Les symbiotes jouent un rôle crucial dans le phénotype de leur hôte et dans son adaptation à l'environnement. Cependant, jusqu'à récemment, les interactions plantes-insectes étaient étudiées sans tenir compte de la présence de bactéries symbiotiques chez les partenaires impliqués. De nouvelles découvertes ont démontré que les communautés racinaires et aériennes des plantes sont liées. Dans ce contexte, mon doctorat s'interroge sur la façon dont les interactions entre les espèces végétales et les insectes sont modulées par leurs symbiotes respectifs. Dans un premier temps, j'ai analysé le rôle de la symbiose fixatrice d'azote (NFS) chez la légumineuse Medicago truncatula (A17) dans l’interaction avec des lignées de pucerons du pois Acyrthosiphon pisum portant différents endosymbionts facultatifs (FS). Pour ce faire, j'ai comparé la croissance de plantes de M. truncatula inoculées avec la bactérie nodulante Sinorhizobium meliloti (NFS) ou arrosées avec une solution de nitrate (non inoculées ; NI) infestées par des lignées de pucerons du pois provenant d’un même clone génétique (YR2) soit sans FS ou avec Hamiltonella defensa, Serratia symbiotica ou Regiella insecticola. La croissance des plantes NSF et NI est réduite par l'attaque des pucerons, tandis que la croissance des pucerons (mais pas leur survie) a été fortement réduite sur les plants NFS. En présence de pucerons la capacité de fixation d'azote des plantes NFS est réduite suite à l’induction d’une sénescence précoce des nodules. Enfin, chez les plantes NFS, toutes les lignées de pucerons ont déclenché l'expression du gène Pathogenesis-Related-1 (PR1), un marqueur de la voie salicylique (SA), et du gène Proteinase inhibitor (PI), un marqueur de la voie jasmonique (JA), tandis que chez les plantes NI, seule l'expression de PR1 a été déclenchée. Ainsi, le statut symbiotique de la plante influence clairement les interactions plante-puceron et la réponse de la plante à l’infestation, alors que le statut symbiotique du puceron ne fait que moduler l'amplitude de cette réponse. Il a été démontré que le génotype de la plante et du puceron sont tous deux importants dans le résultat de leur interaction, j'ai donc étudié plus en détail comment la NFS affecte l'interaction entre différents génotypes de plantes et de pucerons. Pour cela, j'ai utilisé trois génotypes différents d’A. pisum dépourvus de FS (LL01, YR2, T3-8V1) et deux génotypes de M. truncatula (A17 et R108) en présence ou en absence S. meliloti. La performance de chaque génotype de puceron sur les deux génotypes de plantes et l'effet des différents génotypes de pucerons sur la croissance des plantes et la capacité de fixation de l'azote des plantes de SNF ont été mesurés. Nous avons également estimé la réponse de défense médiée par le génotype de M. truncatula déclenchée par les différents génotypes de pucerons en utilisant différents gènes marqueurs des voies de défense JA et SA. J'ai constaté que les génotypes plantes-insectes ainsi que la présence de S. meliloti affectent de manière significative les interactions plantes-aphides. Ainsi, les interactions génétiques interspécifiques entre la plante hôte et les pucerons ainsi que leur statut symbiotique peuvent influencer la dynamique de la population et la structure de la communauté. Ces résultats montrent que l'interaction plante-insecte est fortement influencée par la génétique des espèces et par leur statut symbiotique, ajoutant un nouveau niveau de complexité qui reste à explorer.