Arbuscular mycorrhizal fungi as biomarkers of vineyard yield in Champagne

Abstract

The vine is colonized by a multitude of micro-organisms (fungi, bacteria, oomycetes) mainly coming from the microbial reservoir constituted by the soil. These microorganisms have positive or negative effects on the vine (protection against pathogens, resistance to abiotic stress, nutrition, but also triggering of diseases) (Fournier, Pellan et al. 2022). In addition to these functional roles, they respond quickly to environmental changes (climate, cultural practices) which could make them good bioindicators of the functioning of the wine ecosystem. The objective of this study is (i) to test whether there is a positive relationship between microbial diversity and yield, (ii) to identify micro-organisms that are bioindicators of high and stable yields over time and (iii) to test whether arbuscular mycorrhizal fungi (AMFs) are over-represented among these bioindicators. For this, plots with contrasting yields were selected in Champagne on the basis of multi-year surveys. We then sampled the soil, roots and leaves and then characterized the microbiota using metabarcoding approaches targeting bacterial and fungal communities. Our analyzes did not highlight the relationship between microbial taxonomic diversity and yield. With differential abundance analyzes and supervised machine learning algorithms, we identified yield biomarkers in each compartment: 16 biomarkers in leaves, 44 in roots and 101 in soil. Several CMA are part of the bioindicators of the root compartment and the soil. These CMA are all associated with high-yielding plots, suggesting a direct role in the growth and productivity of the vines. These microbial bioindicators of stable and high yields will make it possible to develop diagnostic programs for the functioning of wine ecosystems.

Reference : Fournier, P., Pellan, L., Barroso-Bergadà, D., Bohan, D.A., Candresse, T., Delmotte, F., … & Vacher, C. (2022). The functional microbiome of grapevine throughout evolutionary history and plant life. In Advances in Ecological Research (Vol. 67, pp. 27-99). Academic press.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules comme biomarqueurs du rendement des vignobles en Champagne

La vigne est colonisée par une multitude de micro-organismes (champignons, bactéries, oomycètes) venant principalement du réservoir microbien constitué par le sol. Ces micro-organismes ont des effets positifs ou négatifs sur la vigne (protection contre les pathogènes, résistance aux stress abiotiques, amélioration de la nutrition, mais aussi déclenchement de maladies) (Fournier, Pellan et al. 2022). En plus de ces rôles fonctionnels, ils répondent rapidement aux changements environnementaux (climat, pratiques culturales) ce qui pourrait faire d’eux de bons bioindicateurs du fonctionnement de l’écosystème viticole. L’objectif de cette étude est (i) de tester s’il existe une relation positive entre diversité microbienne et rendement, (ii) d’identifier des micro-organismes bioindicateurs des rendements élevés et stables au cours du temps et (iii) de tester si les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMAs) sont sur-représentés parmi ces bioindicateurs. Pour cela, des parcelles aux rendement contrastés ont été sélectionnées en Champagne sur la base de relevés pluriannuels. Nous avons ensuite échantillonné le sol, les racines et les feuilles puis caractérisé les microbiotes par des approches de métabarcoding ciblant les communautés bactériennes et fongiques. Nos analyses n’ont pas mis en évidence de relation entre la diversité taxonomique microbienne et le rendement. Avec des analyses différentielles d’abondance et des algorithmes d’apprentissage automatique supervisé, nous avons identifié des biomarqueurs du rendement dans chaque compartiment: 16 biomarqueurs dans les feuilles, 44 dans les racines et 101 dans le sol. Plusieurs CMAs font partie des bioindicateurs du compartiment racinaire et du sol. Ces CMAs sont tous associés aux parcelles à fort rendement, suggérant un rôle direct dans la croissance et la productivité des vignes. Ces bioindicateurs microbiens des rendements stables et élevés permettront de développer de programmes de diagnostic du fonctionnement des écosystèmes viticoles. 

Référence :   Fournier, P., Pellan, L., Barroso-Bergadà, D., Bohan, D. A., Candresse, T., Delmotte, F., … & Vacher, C. (2022). The functional microbiome of grapevine throughout plant evolutionary history and lifetime. In Advances in Ecological Research (Vol. 67, pp. 27-99). Academic Press.

Hongos micorrízicos arbusculares como biomarcadores del rendimiento del viñedo en Champaña

A vid está colonizada por multitud de microorganismos (hongos, bacterias, oomicetos) procedentes principalmente del reservorio microbiano constituido por el suelo. Estos microorganismos tienen efectos positivos o negativos sobre la vid (protección contra patógenos, resistencia al estrés abiótico, nutrición, pero también desencadenamiento de enfermedades) (Fournier, Pellan et al. 2022). Además de estos roles funcionales, responden rápidamente a los cambios ambientales (clima, prácticas culturales) que podrían convertirlos en buenos bioindicadores del funcionamiento del ecosistema vitivinícola. El objetivo de este estudio es (i) probar si existe una relación positiva entre la diversidad microbiana y el rendimiento, (ii) identificar microorganismos que sean bioindicadores de rendimientos altos y estables en el tiempo y (iii) probar si las micorrizas arbusculares Los hongos (HMA) están sobrerrepresentados entre estos bioindicadores. Para ello, se seleccionaron parcelas con rendimientos contrastantes en Champaña basándose en encuestas de varios años. Luego tomamos muestras del suelo, las raíces y las hojas y luego caracterizamos la microbiota utilizando enfoques de metacódigos de barras dirigidos a comunidades bacterianas y fúngicas. Nuestros análisis no resaltaron la relación entre la diversidad taxonómica microbiana y el rendimiento. Con análisis de abundancia diferencial y algoritmos de aprendizaje automático supervisados, identificamos biomarcadores de rendimiento en cada compartimento: 16 biomarcadores en hojas, 44 en raíces y 101 en suelo. Varios CMA forman parte de los bioindicadores del compartimento radicular y del suelo. Todas estas CMA están asociadas a parcelas de alto rendimiento, lo que sugiere un papel directo en el crecimiento y la productividad de las vides. Estos bioindicadores microbianos de rendimientos estables y elevados permitirán desarrollar programas de diagnóstico del funcionamiento de los ecosistemas vitivinícolas.

Referencia : Fournier, P., Pellan, L., Barroso-Bergadà, D., Bohan, D.A., Candresse, T., Delmotte, F., … & Vacher, C. (2022). El microbioma funcional de la vid a lo largo de la historia evolutiva y la vida vegetal. En Avances en la investigación ecológica (Vol. 67, págs. 27-99). Prensa académica.