Les coûts de remise en forme que les macro et micro parasites imposent aux hôtes peuvent s'expliquer par trois facteurs principaux : (1) Les hôtes utilisent des réponses immunitaires contre les parasites pour prévenir ou contrôler l'infection. Les réponses immunitaires nécessitent de l'énergie et des nutriments pour produire et / ou activer les cellules immunitaires et les immunoglobulines, ce qui est coûteux, provoquant des compromis avec d'autres processus physiologiques comme la croissance ou la reproduction. (2) Le taux métabolique de l'hôte peut être augmenté parce que les dommages aux tissus et la réparation ultérieure de l'infection causée par le parasite peuvent être coûteux. (3) Le taux métabolique des hôtes peut augmenter et donc augmenter également leurs besoins en ressources. La compétition entre macro-parasites et hôtes peut priver les ressources de l'hôte. Les coûts de remise en forme que les macro et micro parasites imposent aux hôtes peuvent s'expliquer par trois facteurs principaux : (1) Les hôtes utilisent des réponses immunitaires contre les parasites pour prévenir ou contrôler l'infection. Les réponses immunitaires nécessitent de l'énergie et des nutriments pour produire et / ou activer les cellules immunitaires et les immunoglobulines, ce qui est coûteux, provoquant des compromis avec d'autres processus physiologiques comme la croissance ou la reproduction. (2) Le taux métabolique de l'hôte peut être augmenté parce que les dommages aux tissus et la réparation ultérieure de l'infection causée par le parasite peuvent être coûteux. (3) Le taux métabolique des hôtes peut augmenter et donc augmenter également leurs besoins en ressources. La compétition entre macro-parasites et hôtes peut priver les ressources de l'hôte. / The fitness costs that macro- and micro-parasites impose on hosts can be explained by three main factors: (1) Hosts use immune responses against parasites to prevent or control infection. Immune responses require energy and nutrients to produce and/or activate immune cells and immunoglobulins, and that is costly, causing trade-offs against other physiological processes like growth or reproduction. (2) The host’s metabolic rate can be increased because tissue damage and subsequent repair from the infection caused by parasite may be costly. (3) The metabolic rate of hosts may increase and hence also increase their resource requirements. Competition between macroparasites and hosts may deprive resources of host. Birds are hosts for many symbionts, some of them parasitic, that could decrease the fitness of their hosts. There is a huge diversity in potential parasites carried in a bird’s plumage and some can cause infection. Nest lining feathers are chosen and transported by adult birds including barn swallows Hirundo rustica to their nests, implying that any heterogeneity in abundance and diversity of microorganisms on feathers in nests must arise from feather preferences. we found that the effects of microorganisms on the behavior of birds may be a combination of positive and negative effects. There may be positive effects of antimicrobial activity on birds through the process of bacterial interference, consisting of certain bacteria impeding the establishment of competing bacterial strains by producing antibiotic substances. Meanwhile, the negative effects may imply that pathogenic or/and feather-degrading microorganisms may reduce fitness components of their hosts. These effects of microorganisms and hence the microbiome can be affected by the behavior of bird hosts.

La résistance aux antibiotiques ou la difficulté de plus en plus croissante à traiter les maladies actuelles avec les composés disponibles sur le marché ont contraint les chercheurs à trouver de nouvelles sources de molécules actives. Les lichens produisent divers composés biologiquement actifs en raison de la grande diversité de leur écosystème. Ils représentent ainsi une source prometteuse de composés bioactifs. Le profilage chimique de Nephroma laevigatum a été effectué. Une analyse LC-MS/MS avec des approches en réseaux moléculaires ont permis d’appréhender la diversité chimique de ce lichen et quatre composés différents ont été isolés et identifiés par RMN puis testés pour leur activité antiproliférative. Cependant, les ressources en lichens sont limitées, ce qui restreint leur utilisation. De plus, le thalle lichénique constitue une niche écologique de choix pour d’autres microorganismes, ce qui en fait une source potentielle de nouvelles molécules d’intérêts. La culture de champignons endolichéniques a été entreprise. Ainsi, 46 souches ont été isolées et identifiées par DNA barcoding (amorces ITS4 et ITS5). Les souches identifiées appartiennent au genre Nemania, Daldinia, Peziza et Coniochaeta. Une investigation biologique a été réalisée sur six souches sélectionnées appartenant à deux espèces (Nemania aenea var. aureolatum et N. serpens). Ainsi, deux souches se sont démarquées par leurs activités antiprolifératives et anti-biofilms. Des études chimiques et biologiques plus approfondies de ces dernières (Gir_20 N. aenea var. aureolatum et Cor_08 N. serpens) ont été par la suite effectuées et huit composés différents ont été isolés et identifiés par RMN 1D et 2D. L’étude de l’effet des extraits sur les lignées cancéreuses humaines HT- 29, HCT116, PC-3 et DU145 a permis de mettre en évidence des changements morphologiques au niveau cellulaire. L’analyse de l’expression de marqueurs protéiques pro- et anti-apoptotiques ainsi que la fragmentation de l’ADN mettent en évidence l’induction de l’apoptose. Le profilage chimique par LC-MS/MS de ces souches a ensuite été réalisé et comparé par des approches en réseaux moléculaires permettant ainsi de visualiser la diversité chimique entre les deux espèces de champignons endolichéniques. / Antibiotics resistance or increase of difficulty to treat for current diseases with commercially available compounds has obligated researchers to find new sources of active molecules. Lichens produce various biologically active compounds due to the great diversity of their ecosystem. Thus, they represent a promising source of bioactive compounds. Chemical profiling of Nephroma laevigatum was performed. LC-MS/MS analysis with molecular network approach allowed understanding chemical diversity of this lichen and four different compounds were isolated and identified by NMR and tested for their antiproliferative activity. However, lichen resources are limited, which limits their use. In addition, lichen thalli are an ecological niche for other microorganisms and a wide reservoir for access to bioactive molecules. Cultivation of endolichenic fungi was undertaken. Thus, 46 strains were isolated and identified by DNA barcoding (primers ITS4 and ITS5). The isolated fungi belong to genus Nemania, Daldinia, Peziza and Coniochaeta. Biological investigation was carried out on six selected strains belonging to two species (Nemania aenea var. aureolatum and N. serpens). So, two strains distinguished by their antiproliferative and anti-biofilm activities. Further chemical and biological studies of these strains (Gir_20 N. aenea var. aureolatum and Cor_08 N. serpens) were subsequently performed and eight different compounds were isolated and identified by 1D and 2D NMR. Study of effect of the extracts on the human cancer lines HT-29, HCT116, PC-3 and DU145 made it possible to highlight morphological changes at the cellular level. Analyses of the expression of pro- and anti-apoptotic protein markers as well as DNA fragmentation demonstrate the induction of apoptosis. LC-MS/MS chemical profiling of these strains was performed and compared with molecular network approach, to visualize chemical diversity between the two species of endolichenic fungi.

La présente étude traite des communautés de champignons ectomycorhiziens retrouvés en association avec Eucalyptus urograndis dans un système de plantation monoculturale et deux systèmes agroforestiers sylvopastoraux à Viçosa, dans l'état du Minas Gérais, Brésil. Un des systèmes sylvopastoraux est composé d'E. urograndis et d'herbe de fourrage (Brachiaria spp.), tandis que l'autre est composé d'une culture mixte de Brachiaria et de deux espèces ligneuses, E. urograndis et Acacia mangium. La composante animale (vaches Holstein) était temporairement intégrée dans les deux systèmes sylvopastoraux. La caractérisation des communautés a été faite pour ces trois systèmes, et ces derniers ont été comparés. Selon les données issues de la ségrégation morphologique, aucune différence n'a été trouvée aux niveaux de la structure des communautés et du taux de mycorhization des apex racinaires d'Eucalyptus. Les indices de diversité et d'équitabilité ont montré une différence entre le système agroforestier composé d'Eucalyptus et de Brachiaria et les deux autres systèmes. L'analyse phylogénétique des séquences d'ITS des champignons a révélée une grande diversité de Thelephoraceae pour les trois systèmes. Les représentants des Sclerodermataceae et Hydnangiaceae n'étaient pas aussi diversifiés que ceux des Thelephoraceae, mais parmi les plus abondants.

L'application des bois raméaux fragmentés (BRF) dans les pratiques agricoles constitue une technique durable de restauration de la fertilité des sols. Et pourtant, la lignine qui lui confère majoritairement la capacité de formation de l'humus et de stabilisation du carbone organique du sol n'a pas encore fait objet d'une étude scientifique approfondie. L'objectif général de cette thèse de doctorat est de caractériser les lignines organosolv isolées des BRF de Gmelina arborea et Sarcocephalus latifolius et d'évaluer l'effet des amendements de ces BRF sur les propriétés physico-chimiques et la diversité fongique du sol ainsi que le rendement des cultures maraichères (tomate et gombo) sur deux sites agricoles au Bénin. Les objectifs spécifiques sont : (i) de déterminer les constituants et les propriétés chimiques du bois et des BRF des essences G. arborea et S. latifolius à partir des méthodes de chimie du bois; (ii) d'isoler et caractériser les lignines organosolv de ces essences par le procédé catalytique et suivre son devenir dans les sols sur deux sites au Bénin après deux ans ; (iii) d'évaluer les effets des amendements des sols avec les BRF sur le stock du carbone, la formation des substances humiques stables et la diversité fongique du sol; et (iv) d'évaluer les effets des amendements des sols avec les BRF sur les propriétés physico-chimiques et hydriques du sol ainsi que sur la production de la tomate et du gombo sur deux sites au Bénin. L'essence Gmelina arborea a été retenue pour le site de Sékou, et celle de Sarcocephalus latifolius pour celui de Kika. Les bois de tronc et BRF ont été caractérisés pour leur composition élément³¹aire et en lignines. La moitié des BRF était enfouie dans le sol, et l'autre moitié était utilisée comme paillis. L'effet des traitements a été évalué sur la production de la tomate et du gombo. Les BRF ont été échantillonnés après 0, 6, 12 et 18 mois d'incubation dans le sol afin d'isoler et caractériser leur lignine organosolv par des analyses spectroscopiques (FTIR, ³¹P RMN, 2D HSQC) et pyrolytique (Py-GC-MS-TMAH). Les résultats ont montré que les lignines organosolv des BRF des deux essences étaient de types guaiacyl-syringyl (G-S). Les analyses chimiques des BRF ont montré que la teneur en glucides totaux diminuait, tandis que la teneur en lignine totale augmentait au fur et à mesure de la décomposition des BRF dans le sol. Un enrichissement significatif en azote (N) des BRF a été déterminé après 18 mois d'incubation dans les sols, atteignant 2,6 et 1,9 fois la teneur initiale en N pour G. arborea et S. latifolius, respectivement. En outre, les BRF ont amélioré l'humidité volumique du sol, régulé la température du sol et diminué la tension hydrique du sol par rapport aux LV et témoins sur 24 mois. Par ailleurs, les traitements à base des BRF (BRF et BRF_LV) ont contribué de manière significative au stockage du carbone organique du sol et à l'augmentation des nutriments du sol (N, P, K, Ca, Mg) (cette dernière jusqu'à 1,5 fois) par rapport au témoin. Les résultats d'analyse de l'acide humique (HA) extrait des sols, purifié et analysé ont révélé que les sols amendés avec le BRF ont produit des quantités significatives d'HA constitués majoritairement des composés dérivés de lignine. En outre, en utilisant le séquençage de la région ITS2 sur la plateforme Illumina Miseq, l'application des BRF a considérablement modifié la composition fongique avec une augmentation de l'abondance relative des Ascomycota (jusqu'à 92% de la communauté fongique totale), Mucoromycota, Basidiomycota et Rozellomycota. Les résultats ont montré que l'amendement au BRF a réduit significativement le rendement de la tomate (sauf sur le site de Kika) et du gombo pendant la première production de culture et que l'amélioration de la croissance et du rendement de ces légumes a été significative qu'à partir de la deuxième production de culture. Cette recherche démontre ainsi le rôle positif des BRF à travers leur lignine à former de l'humus stable et à favoriser une production agricole durable. / Application of RCW in agriculture is a sustainable technique for restoring soil fertility. However, the lignin from the RCW, which contributes to the formation of humus and to the soil organic carbon storage, has not yet been thoroughly studied. The general objective of this PhD thesis is to characterize the organosolv lignins isolated from RCWs of G. arborea and S. latifolius and to evaluate the effect of RCW amendments on the physico-chemical properties and fungal diversity of the soil as well as on the yield of vegetable crops (tomato and okra) on two agricultural sites in Benin. The specific objectives are: (i) to determine the constituents and chemical properties of trunk wood and RCW of G. arborea and S. latifolius using wood chemistry methods; (ii) to isolate and characterize the organosolv lignins of these species by the catalytic process and to follow its fate in soils on two sites in Benin after two years; (iii) to evaluate the effects of soil amendments with RCWs on carbon stock, formation of stable humic substances and soil fungal diversity; and (iv) to evaluate the effects of soil amendments with RCWs on soil physicochemical and hydric properties as well as on tomato and okra production on two sites in Benin. The G. arborea species was selected for the Sékou site, and S. latifolius for the Kika site. The trunk wood and RCW were characterized for their elemental and lignin composition. Half of the RCWs was incorporated in the soil, while the other half was put as mulch. The effect of the treatments was evaluated on tomato and okra production. RCWs were sampled after 0, 6, 12 and 18 months of incubation in the soil to isolate and characterize their organosolv lignins by spectroscopic (FTIR, 31P NMR, 2D HSQC) and chromatographic (Py-GC-MS-TMAH) analyses. The results showed that the organosolv lignins from RCWs of both species were of guaiacyl-syringyl (G-S) types. Chemical analyses of the RCWs showed that total carbohydrate content decreased, while total lignin content increased as RCWs decomposed in the soils. Significant nitrogen (N) enrichment of RCWs was determined after 18 months of incubation in soils, reaching 2.6 and 1.9 times the initial N content for G. arborea and S. latifolius. In addition, RCWs improved soil water content, regulated soil temperature, and decreased soil hydric tension compared to PL treated soils and controls over 24 months. Furthermore, RCW treatments (RCW and RCW_PL) contributed significantly to soil organic carbon storage and increased soil nutrients (N, P, K, Ca, Mg) (the latter up to 1.5 times) compared to the control. The humic acid (HA) was extracted from soils, purified, and analyzed by NMR spectroscopic and Py-GC-MS chromatography. The obtained results revealed that soils amended with RCWs produced significant amounts of HA containing a significant amount of lignin-related structures. Furthermore, using ITS2 region sequencing on the Illumina Miseq platform, RCW application significantly altered the fungal composition with an increase in the relative abundance of Ascomycota (up to 92% of the total fungal community), Mucoromycota, Basidiomycota and Rozellomycota. The obtained results showed that RCW amendment significantly reduced the yield of tomato (except at Kika site) and okra during the first crop production and that the improvement in growth and yield of these vegetables was significant only from the second crop production. This research thus demonstrates the positive role of RCWs through their lignin in forming stable humus and promoting sustainable agricultural production.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Cette thèse présente une vue d'ensemble complète de trois études qui ont évalué le potentiel d'utilisation du frass, matériau résiduel résultant de la bioconversion de la matière organique par les larves de la mouche soldat noire (LMSN), comme amendement organique en horticulture. Au cours de la première étude, des essais in vitro de superposition de cultures ont révélé la présence de microorganismes produisant des composés inhibant la croissance mycélienne des sept agents phytopathogènes (champignons/oomycètes) importants dans les extraits du frass et les extraits du régime de référence Gainesville (GV). Parmi les bactéries/champignons isolé(e)s du régime GV et du frass, la bactérie Bacillus velezensis, utilisée comme agent de lutte biologique, a montré une forte activité antifongique/anti-oomycète suggérant que cette bactérie présente dans le régime GV survive au processus d'élevage de LMSN et soit l'un des facteurs clés contribuant à l'activité antifongique/anti-oomycète du frass. Cela souligne l'importance des caractéristiques microbiennes de la matière première dans les propriétés antifongiques et anti-oomycètes du frass. La deuxième étude a comparé les caractéristiques du frass dérivé de deux régimes alimentaires différents : un régime à base de déchets de fruits/légumes/boulangerie complété par des déchets de brasserie (FVBB) et un régime GV. Les résultats ont démontré que les deux frass contenaient des éléments nutritifs essentiels, comparables aux engrais organiques disponibles commercialement. De plus, le frass provenant du régime FVBB ont présenté des effets d'antibiose, inhibant la croissance des pathogènes des plantes, tout en favorisant de meilleures performances des larves, une composition nutritionnelle et une réduction efficace des déchets. Dans la troisième étude, le potentiel du frass de LMSN à limiter le développement du flétrissement causé par Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) chez les plants de tomate a été étudié. Le frass provenant des régimes GV et FVBB a été pasteurisé à 70°C (pendant 1 heure) ou non avant d'être incorporé dans le milieu de culture des plants de tomate. Les résultats ont révélé que le frass provenant du régime GV, pasteurisé ou non, réduisait significativement la gravité du flétrissement causé par FOL et la colonisation des racines par le champignon pathogène comparativement au frass provenant du régime FVBB et au groupe témoin sans frass, tout en étant comparables au compost. De plus, l'étude a identifié des différences dans les communautés microbiennes de la rhizosphère associées au type de frass et à la pasteurisation, certaines familles bénéfiques étant associées à une réduction de la gravité de la maladie. Les trois études démontrent collectivement le potentiel du frass de LMSN comme amendement organique efficace pour la gestion des agents pathogènes des cultures horticoles. Le choix du régime d'élevage des larves influence considérablement l'activité antifongique du frass et son efficacité globale dans la lutte contre les maladies des plantes. / This thesis presents a comprehensive overview of three studies evaluating the potential use of frass, the residual material resulting from the bioconversion of organic matter by black soldier fly larvae (BSFL), as an organic amendment in horticulture. In the first study, in vitro culture overlay assays revealed the presence of microorganisms producing compounds inhibiting mycelial growth of seven important plant pathogens (fungi/oomycetes) in frass extracts and Gainesville diet (GV) extracts, a widely used reference diet. Among the bacteria/fungi isolated from the GV diet and frass, the bacterium Bacillus velezensis, used as a biological control agent, showed strong antifungal/anti- oomycete activity suggesting that this bacterium is present in the GV diet survives the BSFL rearing process and is one of the key factors contributing to the antifungal/anti-oomycete activity of frass. This highlights the significance of feedstock microbial characteristics in the frass antifungal and anti- oomycete properties and suggests the possibility of exploiting frass to control horticultural plant pathogens. The second study compared the characteristics of frass derived from two different diets: a fruit/vegetable/bakery waste-based diet supplemented with brewery waste (FVBB) and a GV reference diet. Results demonstrated that frass derived from both diets contained essential nutrients and elements, comparable to commercially available organic fertilizers. Moreover, frass from the FVBB diet also exhibited antibiosis effects, inhibiting the growth of plant pathogens, while also promoting better larval performance, nutritional composition, and efficient waste reduction. In the third study, the potential of BSFL frass to limit the development of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) in tomato plants was investigated. Frass derived from the GV and FVBB diets underwent pasteurization at 70°C (for 1 hour) and not before being incorporated into the growing medium of tomato plants. The results revealed that frass derived from GV diet, regardless of pasteurization, significantly reduced the severity of wilt caused by FOL and pathogen root colonization by the pathogenic fungus compared to frass derived from FVBB diet and the control group with no frass while being comparable with compost. Additionally, the study identified differences in rhizosphere microbial communities associated with the type of frass and pasteurization, with certain beneficial orders associated with the reduced disease severity. The three studies collectively demonstrate the potential of BSFL frass as an efficient organic amendment for plant pathogens management in horticultural crops. The choice of larval rearing diet significantly influences the frass antifungal activity and overall effectiveness in controlling plant diseases.

Les organismes constituant des assemblages d’ennemis naturels des herbivores peuvent interagir de façon variable, influençant ainsi l’efficacité de la lutte biologique. En serriculture, la mouche blanche, Trialeurodes vaporariorum est effectivement contrôlée par une gamme d’ennemis naturels dont le prédateur zoophytophage, Dicyphus hesperus, le champignon entomopathogène Beauveria bassiana et le parasitoïde Encarsia formosa. Cette étude explore les interactions entre ces agents afin d’identifier celles qui sont efficaces. En laboratoire, la capacité discriminatoire du prédateur D. hesperus envers des proies saines, parasitées ou infectées a été étudiée. Le prédateur attaque tant les proies saines que les proies parasitées par E. formosa, mais rejette les proies présentant des symptômes d’infection avancée par B. bassiana. En serre expérimentale, l’impacte de B. bassiana sous sa formule commercialisée de BotaniGard® sur la lutte biologique a été évaluée pendant une saison de production de huit semaines. Une réduction la de prédation des mouches blanches par D. hesperus suggère que ce pathogène interfère avec le prédateur, ce qui pourrait être evité par l’aménagement de refuges dans l’espace et dans le temps pour le prédateur, lors de l’utilisation de B. bassiana. / In Canada, an increasing diversity of natural enemies, which includes generalist predators, is available in the control of greenhouse pests such as the greenhouse whitefly on tomato crops. Successful whitefly suppression is now achieved through the concurrent use of the specialist parasitoid Encarsia formosa, the native zoophytogphagous predatory bug Dicyphus hesperus and products such as biological insecticide BotaniGard®, an entomopathogenic formulation based on the conidia of fungus Beauveria bassiana strain GHA. In this study, experiments conducted in the laboratory and greenhouse evaluated the impact of interactions among these organisms on non-target organisms. In the laboratory, we identified an important decrease in predation of infected whitefly at late infection stages, but not of parasitized whitefly suggesting that D. hesperus may interfere with parasitoid biological control. In the greenhouse, reduced predation of B. bassiana infected whitefly by D. hesperus may be avoided by applying temporal or spatial separation between these two agents.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) forment un groupe de champignons qui appartient à l'embranchement des Gloméromycètes (Glomeromycota). Les CMA forment des associations symbiotiques, connus sous le nom des mycorhizes à arbuscules avec plus de 80 % des plantes vasculaires terrestres. Une fois que les CMA colonisent les racines de plantes, ils améliorent leurs apports nutritionnels, notamment le phosphore et l'azote, et protègent les plantes contre les différents pathogènes du sol. En contrepartie, les plantes offrent un habitat et les ressources de carbone nécessaires pour le développement et la reproduction des CMA. Des études plus récentes ont démontré que les CMA peuvent aussi jouer des rôles clés dans la phytoremédiation des sols contaminés par les hydrocarbures pétroliers (HP) et les éléments traces métaliques. Toutefois, dans les écosystèmes naturels, les CMA établissent des associations tripartites avec les plantes hôtes et les microorganismes (bactéries et champignons) qui vivent dans la rhizosphère, l'endosphère (à l'intérieur des racines) et la mycosphère (sur la surface des mycéliums des CMA), dont certains d'entre eux jouent un rôle dans la translocation, l’immobilisation et/ou la dégradation des polluants organiques et inorganiques présents dans le sol. Par conséquent, la diversité des CMA et celle des microorganismes qui leur sont associés sont influencées par la concentration et la composition des polluants présents dans le sol, et aussi par les différents exsudats sécrétés par les trois partenaires (CMA, bactéries et les racines de plantes). Cependant, la diversité des CMA et celle des microorganismes qui leur sont associés demeure très peu connue dans les sols contaminés. Les interactions entre les CMA et ces microorganismes sont aussi méconnus aussi bien dans les aires naturelles que contaminées. Dans ce contexte, les objectifs de ma thèse sont: i) étudier la diversité des CMA et les microorganismes qui leur sont associés dans des sols contaminés par les HP, ii) étudier la variation de la diversité des CMA ainsi que celle des microorganismes qui leur sont associés par rapport au niveau de concentration en HP et aux espèces de plantes hôtes, iii) étudier les correlations (covariations) entre les CMA et les microorganismes qui leur sont associés et iv) comparer les communautés microbiennes trouvées dans les racines et sols contaminés par les HP avec celles trouvées en association avec les CMA. Pour ce faire, des spores et/ou des propagules de CMA ont été extraites à partir des racines et des sols de l'environnement racinaire de trois espèces de plantes qui poussaient spontanément dans trois bassins de décantation d'une ancienne raffinerie de pétrole située dans la Rive-Sud du fleuve St-Laurent, près de Montréal. Les spores et les propagules collectées, ainsi que des échantillons du sol et des racines ont été soumis à des techniques de PCR (nous avons ciblés les genes 16S de l'ARNr pour bactéries, les genes 18S de l'ARNr pour CMA et les régions ITS pour les autres champignons), de clonage, de séquençage de Sanger ou de séquençage à haut débit. Ensuite, des analyses bio-informatiques et statistiques ont été réalisées afin d'évaluer les effets des paramètres biotiques et abiotiques sur les communautés des CMA et les microorganismes qui leur sont associés. Mes résultats ont montré une diversité importante de bactéries et de champignons en association avec les spores et les propagules des CMA. De plus, la communauté microbienne associée aux spores des CMA a été significativement affectée par l'affiliation taxonomique des plantes hôtes et les niveaux de concentration en HP. D'autre part, les corrélations positives ou négatives qui ont été observées entre certaines espèces de CMA et microorganismes suggérèrent qu’en plus des effets de la concentration en HP et l'identité des plantes hôtes, les CMA peuvent aussi affecter la structure des communautés microbiennes qui vivent sur leurs spores et mycéliums. La comparaison entre les communautés microbiennes identifiées en association avec les spores et celles identifiées dans les racines montre que les communautés microbiennes recrutées par les CMA sont différentes de celles retrouvées dans les sols et les racines. En conclusion, mon projet de doctorat apporte de nouvelles connaissances importantes sur la diversité des CMA dans un environnement extrêmement pollué par les HP, et démontre que les interactions entre les CMA et les microorganismes qui leur sont associés sont plus compliquées que ce qu’on croyait précédemment. Par conséquent, d'autres travaux de recherche sont recommandés, dans le futur, afin de comprendre les processus de recrutement des microorganismes par les CMA dans les différents environnements. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are an important soil fungal group that belongs to the phylum Glomeromycota. AMF form symbiosic associations known as arbuscular mycorrhiza with more than 80% of vascular plants on earth. Once AMF colonize plant roots, they promote nutrient uptake, in particular phosphorus and nitrogen, and protect plants against soil-borne pathogens. In turn, plants provide AMF with carbon resources and habitat. Furthermore, more recent studies demonstrated that AMF may also play key roles in phytoremediation of soils contaminated with petroleum hydrocarbon pollutants (PHP) and trace elements. Though, in natural ecosystems, AMF undergo tripartite associations with host plants and micoorganisms (Bacteria and Fungi) living in rhizosphere (the narrow region of soil surounding the plant roots), endosphere (inside roots) and mycosphere (on the surface AMF mycelia), which some of them play a key role on translocation, immobilization and/or degradation of organic and inorganic pollutants. Consequently, the diversity and community structures of AMF and their associated microorganisms are influenced by the composition and concentration of pollutants and exudates released by the three partners (AMF, bacteria and plant roots). However, little is known about the diversity of AMF and their associated microorganisms in polluted soils and the interaction between AMF and these microorganisms remains poorly understood both in natural and contaminated areas. In this context, the objectives of my thesis were to: i) study the diversity of AMF and their associated microorganisms in PHP contaminated soils, ii) study the variation in diversity and community structures of AMF and their associated microorganisms across plant species identity and PHP concentrations, iii) study the correlations (covariations) between AMF species and their associated microorganisms and iv) compare microbial community structures of PHP contaminated soils and roots with those associated with AMF spores in order to determine if the microbial communities shaped on the surface of AMF spores and mycelia are different from those identified in soil and roots. To do so, AMF spores and/or their intraradical propagules were harvested from rhizospheric soil and roots of three plant species growing spontaneously in three distinct waste decantation basins of a former petrochemical plant located on the south shore of the St-Lawrence River, near Montreal. The harvested spores and propagules, as well as samples of soils and roots were subjected to PCR (we target 16S rRNA genes for bacteria, 18S rRNA genes for AMF and ITS regions for the other fungi), cloning, Sanger sequencing or 454 high throughput sequencing. Then, bioinformatics and statistics were performed to evaluate the effects of biotic and abiotic driving forces on AMF and their associated microbial communities. My results showed high fungal and bacterial diversity associated with AMF spores and propagules in PHP contaminated soils. I also observed that the microbial community structures associated with AMF spores were significantly affected by plant species identity and PHP concentrations. Furthermore, I observed positive and negative correlations between some AMF species and some AMF-associated microorganisms, suggesting that in addition to PHP concentrations and plant species identity, AMF species may also play a key role in shaping the microbial community surrounding their spores. Comparisons between the AMF spore-associated microbiome and the whole microbiome found in rhizospheric soil and roots showed that AMF spores recruit a microbiome differing from those found in the surrounding soil and roots. Overall, my PhD project brings a new level of knowledge on AMF diversity on extremely polluted environment and demonstrates that interaction of AMF and their associated microbes is much complex that we though previously. Further investigations are needed to better understand how AMF select and reward their associated microbes in different environments.

réalisé en cotutelle avec la Faculté des Sciences de Tunis, Université Tunis El Manar. / Le pois chiche (Cicer arietinum L.) a l’avantage de pouvoir assimiler l'azote atmosphérique grâce à son association symbiotique avec des bactéries du genre Mesorhizobium. Malgré cet effet bénéfique sur les systèmes culturaux, le pois chiche réduit parfois la productivité du blé qui la suit. Cet effet négatif du pois chiche pourrait provenir d’une réaction allélopathique à ses exsudats racinaires ou résidus, ou de changements inopportuns dans la communauté microbienne du sol induits par la plante. L'amélioration des interactions symbiotiques du pois chiche pourrait améliorer la performance économique et environnementale des systèmes culturaux basés sur le blé. L’objectif à long terme de ce travail est d'améliorer l’influence du pois chiches sur son environnement biologique et sur la productivité du système cultural. À court terme, nous voulons 1) vérifier l'effet des champignons endophytes sur la performance de cultivars de pois chiche de type desi et kabuli, particulièrement en conditions de stress hydrique, ainsi que sur celle d’une culture subséquente de blé dur, 2) identifier des cultivars de pois chiche capables d’améliorer la qualité biologique de sols cultivés, 3) vérifier que des composés biologiquement actifs sont présents dans les racines des différents cultivars de pois chiches et 4) définir la nature de l’activité (stimulation ou inhibition) des ces composés sur les champignons endomycorhiziens à arbuscules (CMA), qui sont des microorganismes bénéfiques du sol reconnus. L’inoculation du pois chiche avec des champignons endophytes indigènes en serre a augmenté la tolérance à la sécheresse du cultivar de type kabuli à feuille simple CDC Xena et amélioré la nutrition azotée et phosphatée d’un cultivar de type desi, cv. CDC Nika, cultivé en conditions de stress hydrique. La germination des graines de blé dur fut meilleure lorsque celles-ci étaient semées dans les débris de pois chiche inoculé de type kabuli. Le sol dans lequel le génotype de pois chiche à feuille simple CDC Xena fut cultivé mais duquel tout le matériel végétal de pois chiche fut retiré a fortement inhibé la germination des semences de blé dur, ce qui suggère un effet des exsudats racinaires sur la communauté microbienne du sol associée à cette variété de pois chiche. En champ, les cultivars de pois chiche ont influencé différemment la composition des communautés de champignons de la rhizosphère. Les espèces de champignons pathogènes étaient infréquentes et les espèces saprotrophiques et de CMA étaient fréquentes dans la zone des racines du cultivar de type desi CDC Anna. L’effet des composés contenus dans les fractions séparées par HPLC et solubles en solution de méthanol à 25% et 50% de l’extrait racinaire de ce cultivar sur la germination de spores de CMA a été testé in vitro. Les deux espèces de CMA utilisées ont répondu différemment à l’exposition aux composés testés, révélant un mécanisme impliqué dans l’association préférentielle entre les plantes hôtes et les CMA qui leurs sont associés. Nous concluons que le génotype de pois chiche influence la composition de la communauté microbienne qui lui est associée et que cette influence est reliée au moins en partie aux molécules bioactives produites par les racines de la plante. D’autre part, la productivité du pois chiche et de la culture subséquente pourrait être favorisée par la manipulation de leurs champignons endophytes par inoculation. / Chickpea (Cicer arietinum L.) has the ability to bring free N into cropping systems, but is only a fair rotation crop, leading to lower yield in following wheat crops, as compared to medic, vetch or lentil. The negative effects of a chickpea plant on the following wheat crops could come from chickpea root exudates, their residues or their influence on the soil microbial community. The identification of chickpea cultivars best able to promote soil biological quality and the growth of a subsequent crop in rotation will help farmers in selecting better crop rotations and, thus, will improve crop management in soil zone growing chickpea. The global objective of this research is to improve the fitness of chickpea crops to their biological environment and to improve the ability of the plant to enhance soil biological quality. The specific objectives were (1) to verify that the productivity of chickpea and subsequent crops could be promoted through the inoculation by some indigenous endophytic fungi particularly under drought stress conditions (2) to verify the existence of variation in the rhizospheric associations of field-grown chickpea, as it is a necessary condition for the selection of genotypes with improved compatibility with beneficial microorganisms. (3) to identify the biologically active compounds present in the root extracts of chickpea cultivars with contrasting phenotypes, and assess their effect on beneficial and pathogenic soil microorganisms. The greenhouse experiments show that inoculation with indigenous endophytes increased drought tolerance of the unifoliate Kabuli chickpea CDC Xena and the N and P nutrition of the drought stressed Desi chickpea CDC Nika. Inoculation of both Kabuli chickpea varieties with indigenous endophytes improved wheat seeds germination in tissues amended soil. Residue-free soil previously growing the unifoliate Kabuli chickpea CDC Xena strongly inhibited durum seed germination suggesting an effect of root exudates on the soil microbial community, with this Kabuli chickpea variety. In a field experiment, the fungal diversity in cultivated Prairie dryland appeared to host a large array of fungal groups known to reduced plant nutrient, water and biotic stresses, and chickpea genotypes influenced differently the composition and biomass of the soil microbial community. The Desi chickpea CDC Anna was associated with high diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and culturable fungi, favored the proliferation of soil bacteria and fungal genus hosting biocontrol agents, and developed high AM root colonization level, as compared to the three Kabuli genotypes examined. The HPLC fractions of the roots of chickpea cultivar CDC Anna were recovered and the effects of these fractions on AM fungal spore germination were assayed in multi-well plates. Root extract fractions affect in a different ways the percentage of spores’ germination of Glomus etunicatum and Gigaspora Rosea. We concluded that the genotype of chickpea plants influences the composition of the associated microbial community, and this influence may be related to molecular signals produced by the plants. Furthermore, the productivity of chickpea and subsequent crops could be promoted through the inoculation with indigenous endophytic fungi.

Le pois chiche (Cicer arietinum L.) a l’avantage de pouvoir assimiler l'azote atmosphérique grâce à son association symbiotique avec des bactéries du genre Mesorhizobium. Malgré cet effet bénéfique sur les systèmes culturaux, le pois chiche réduit parfois la productivité du blé qui la suit. Cet effet négatif du pois chiche pourrait provenir d’une réaction allélopathique à ses exsudats racinaires ou résidus, ou de changements inopportuns dans la communauté microbienne du sol induits par la plante. L'amélioration des interactions symbiotiques du pois chiche pourrait améliorer la performance économique et environnementale des systèmes culturaux basés sur le blé. L’objectif à long terme de ce travail est d'améliorer l’influence du pois chiches sur son environnement biologique et sur la productivité du système cultural. À court terme, nous voulons 1) vérifier l'effet des champignons endophytes sur la performance de cultivars de pois chiche de type desi et kabuli, particulièrement en conditions de stress hydrique, ainsi que sur celle d’une culture subséquente de blé dur, 2) identifier des cultivars de pois chiche capables d’améliorer la qualité biologique de sols cultivés, 3) vérifier que des composés biologiquement actifs sont présents dans les racines des différents cultivars de pois chiches et 4) définir la nature de l’activité (stimulation ou inhibition) des ces composés sur les champignons endomycorhiziens à arbuscules (CMA), qui sont des microorganismes bénéfiques du sol reconnus. L’inoculation du pois chiche avec des champignons endophytes indigènes en serre a augmenté la tolérance à la sécheresse du cultivar de type kabuli à feuille simple CDC Xena et amélioré la nutrition azotée et phosphatée d’un cultivar de type desi, cv. CDC Nika, cultivé en conditions de stress hydrique. La germination des graines de blé dur fut meilleure lorsque celles-ci étaient semées dans les débris de pois chiche inoculé de type kabuli. Le sol dans lequel le génotype de pois chiche à feuille simple CDC Xena fut cultivé mais duquel tout le matériel végétal de pois chiche fut retiré a fortement inhibé la germination des semences de blé dur, ce qui suggère un effet des exsudats racinaires sur la communauté microbienne du sol associée à cette variété de pois chiche. En champ, les cultivars de pois chiche ont influencé différemment la composition des communautés de champignons de la rhizosphère. Les espèces de champignons pathogènes étaient infréquentes et les espèces saprotrophiques et de CMA étaient fréquentes dans la zone des racines du cultivar de type desi CDC Anna. L’effet des composés contenus dans les fractions séparées par HPLC et solubles en solution de méthanol à 25% et 50% de l’extrait racinaire de ce cultivar sur la germination de spores de CMA a été testé in vitro. Les deux espèces de CMA utilisées ont répondu différemment à l’exposition aux composés testés, révélant un mécanisme impliqué dans l’association préférentielle entre les plantes hôtes et les CMA qui leurs sont associés. Nous concluons que le génotype de pois chiche influence la composition de la communauté microbienne qui lui est associée et que cette influence est reliée au moins en partie aux molécules bioactives produites par les racines de la plante. D’autre part, la productivité du pois chiche et de la culture subséquente pourrait être favorisée par la manipulation de leurs champignons endophytes par inoculation. / Chickpea (Cicer arietinum L.) has the ability to bring free N into cropping systems, but is only a fair rotation crop, leading to lower yield in following wheat crops, as compared to medic, vetch or lentil. The negative effects of a chickpea plant on the following wheat crops could come from chickpea root exudates, their residues or their influence on the soil microbial community. The identification of chickpea cultivars best able to promote soil biological quality and the growth of a subsequent crop in rotation will help farmers in selecting better crop rotations and, thus, will improve crop management in soil zone growing chickpea. The global objective of this research is to improve the fitness of chickpea crops to their biological environment and to improve the ability of the plant to enhance soil biological quality. The specific objectives were (1) to verify that the productivity of chickpea and subsequent crops could be promoted through the inoculation by some indigenous endophytic fungi particularly under drought stress conditions (2) to verify the existence of variation in the rhizospheric associations of field-grown chickpea, as it is a necessary condition for the selection of genotypes with improved compatibility with beneficial microorganisms. (3) to identify the biologically active compounds present in the root extracts of chickpea cultivars with contrasting phenotypes, and assess their effect on beneficial and pathogenic soil microorganisms. The greenhouse experiments show that inoculation with indigenous endophytes increased drought tolerance of the unifoliate Kabuli chickpea CDC Xena and the N and P nutrition of the drought stressed Desi chickpea CDC Nika. Inoculation of both Kabuli chickpea varieties with indigenous endophytes improved wheat seeds germination in tissues amended soil. Residue-free soil previously growing the unifoliate Kabuli chickpea CDC Xena strongly inhibited durum seed germination suggesting an effect of root exudates on the soil microbial community, with this Kabuli chickpea variety. In a field experiment, the fungal diversity in cultivated Prairie dryland appeared to host a large array of fungal groups known to reduced plant nutrient, water and biotic stresses, and chickpea genotypes influenced differently the composition and biomass of the soil microbial community. The Desi chickpea CDC Anna was associated with high diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and culturable fungi, favored the proliferation of soil bacteria and fungal genus hosting biocontrol agents, and developed high AM root colonization level, as compared to the three Kabuli genotypes examined. The HPLC fractions of the roots of chickpea cultivar CDC Anna were recovered and the effects of these fractions on AM fungal spore germination were assayed in multi-well plates. Root extract fractions affect in a different ways the percentage of spores’ germination of Glomus etunicatum and Gigaspora Rosea. We concluded that the genotype of chickpea plants influences the composition of the associated microbial community, and this influence may be related to molecular signals produced by the plants. Furthermore, the productivity of chickpea and subsequent crops could be promoted through the inoculation with indigenous endophytic fungi. / réalisé en cotutelle avec la Faculté des Sciences de Tunis, Université Tunis El Manar.

Il a été établi que la majorité des plantes vasculaires abritent des micro-organismes endophytes bactériens et fongiques, qui peuvent coloniser les tissus végétaux et former des associations allant du mutualisme à la pathogénèse. Les symbioses végétales mutualistes les plus communes impliquent les champignons endo-mycorhiziens arbusculaires (AMF). Ces champignons s’associent aux racines des plantes et leur permettent d’améliorer leur nutrition minérale, tandis qu’ils bénéficient des composés produits par l'hôte. Toutefois, les plantes de la famille Ericaceae s’engagent plutôt dans des associations mutualistes avec les champignons mycorhiziens éricoïdes (ErMF). Ces derniers sont morphologiquement et taxonomiquement mal définis, en apparence distribués aléatoirement parmi les espèces issues des grandes divisions taxonomiques des Ascomycota et Basidiomycota. En raison de cette incohérence taxonomique et de l'absence d'une histoire évolutive explicative, la diversité réelle de ces champignons est mal caractérisée. De ce fait, ce projet vise à étudier le microbiote associé à la plante Ericaceae Vaccinium macrocarpon Aït (canneberge), axant la recherche sur les angles morphologiques, génomiques et transcriptomiques des champignons de type ErMF et autres endophytes capables de contrôler la croissance des agents phytopathogènes et de stimuler la croissance des plantes. Notre première démarche présentée dans le chapitre 2 s’est focalisée sur la caractérisation du microbiote endophyte bactérien et fongique de la canneberge, une plante vivace principalement produite en Amérique du Nord, notamment au Québec. Nous avons isolé et identifié 180 micro-organismes à partir de plantes de cultivars variés, collectées de champs différents, et avons démontré l'existence d'une variabilité dans le microbiote selon les tissus, les cultivars, et même entre les champs d'une même ferme. Parmi les endophytes d’intérêt identifiés, l’isolat fongique Lachnum sp. EC5 a stimulé la croissance des cultivars de canneberge Stevens et Mullica Queen et a formé des structures intracellulaires similaires à celles des ErMF à l’intérieur des cellules racinaires de la canneberge. De plus, l’isolat EB37 identifié Bacillus velezensis s’est révélé être un puissant agent antifongique, montrant cependant une tolérance particulière au champignon Lachnum sp. EC5, lors des tests de confrontation. Ce volet sera détaillé avec plus de précision dans le chapitre 4. Le chapitre 3 a porté sur l’analyse génomique comparative de l’isolat fongique Lachnum sp. EC5 avec plusieurs espèces de champignons Leotiomycetes ErMF, saprophytes et pathogènes. Nous avons analysé le sécrétome protéique prédit de ces champignons et mis en évidence que les gènes codant pour les enzymes de dégradation des parois végétales ne sont pas corrélés au mode de vie fongique (mycorhizien, pathogène ou saprophyte). A l’inverse, 10 protéines effectrices de Lachnum sp. EC5 prédites pour cibler spécifiquement un compartiment intracellulaire chez les cellules végétales ont des similarités avec celles d’espèces mutualistes comme Meliniomyces variabilis et Oidiodendron maius. Aussi, la protéine effectrice putative Zn-MP, prédite pour cibler, potentiellement, les chloroplastes végétaux nous permet de proposer un rôle dans le renforcement de l’immunité végétale. Le chapitre 4 s’est intéressé aux mécanismes de régulation d'expression de gènes induits lors de l’interaction entre le champignon Lachnum sp. EC5 et la bactérie B. velezensis EB37. Ces mécanismes ont été comparés à ceux activés chez la bactérie en présence de champignons pathogènes. Nous avons démontré une physiologique cellulaire bactérienne distincte en présence de Lachnum sp. EC5, dénotée par une faible expression des gènes induits lors du stress nutritif associé aux processus de sporulation, de formation du biofilm, de secretion de CAZymes et de lipopeptides. Nous avons suggéré que la sous-régulation de ces mécanismes serait essentiellement explicable par une disponibilité plus importante en glucose ou en d’autres sources de carbone préférentielles pour la bactérie. En réponse, le champignon Lachnum sp. EC5 a vécu différents changements morphologiques. Il aurait détoxifié ses environnements intra et extra-cellulaires et surexprimé sa voie de production de carbone dépendante du cycle du glyoxylate, générant ainsi des conditions favorisant un contact physique entre les deux micro-organismes. En conclusion, nous avons argumenté et documenté que la définition des ErMF basée uniquement sur des critères morphologiques est mal adaptée à catégoriser ces champignons. Notre approche multidisciplinaire a mis en évidence la diversité du microbiote de la canneberge, a étendu la notion d’ErMF à d'autres champignons jusqu'ici exclus de ce groupe, et a souligné l'importance des associations interspécifiques sur l’interaction ErMF-plantes. Ces avancées permettront d’améliorer nos connaissances sur le microbiote des plantes éricacées contribuant, au développement de solutions environnementales éco-responsables pour l’industrie de la canneberge. / It has been established that the majority of vascular plants harbour bacterial and fungal endophytes that colonize plant tissues, and thus form associations that range from mutualism to pathogenesis. Mycorrhizal fungi are a particular class of endophytes that associate with plant roots and enhance plant mineral uptake. The most common type of mutualistic plant symbiosis involves arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), whereas plants of the Ericaceae family instead engage in mutualistic associations with ericoid mycorrhizal fungi (ErMF). The ErMF group, in its current definition, includes both ascomycete and basidiomycete species, yet is morphologically, taxonomically and evolutionarily poorly defined, which implies that the group’s true diversity is not well understood. The objective of this project is to complement morphological information with genomic and transcriptomic data to better understand the role of ErMF in 1) controlling the negative effects of pathogenic infections, and 2) the potential plant growth stimulation for the Ericaceous plant Vaccinium macrocarpon Ait. Our first approach presented in Chapter 2 focused on the characterization of the bacterial and fungal endo-symbiotic microbiota of the Ericaceous plant, Vaccinium macrocarpon Ait (cranberry), a perennial plant mainly in North America, particularly in Quebec. We isolated ~180 distinct bacterial and fungal endophytes collected from roots, stems, and leaves of cranberry plants cultivated in Quebec, Canada. We show that the cranberry microbiome varies substantially between tissues, cultivars, and across fields of the same farm. Among the isolated endophytes, the fungus Lachnum sp. EC5 was found to promote the growth of cranberry cultivars Stevens and Mullica Queen, and to form intracellular structures resembling those other ErMF inside the cortical root cells. In addition, the bacterium Bacillus velezensis (EB37) has been found to be a potent antifungal agent. Interestingly, a confrontation test between EB37 and the fungus Lachnum sp. EC5 revealed a mutual tolerance, which we will describe later in chapter 4. In chapter 3, our project focused on the comparative genomic analysis of the fungus Lachnum sp. EC5 with several Leotiomycete ErMF, saprophytes and pathogens. We analyzed fungal secretomes and demonstrated that genes encoding plant cell wall degradation enzymes are conserved between the tested fungi which suggests that such proteins are not indicative of a particular fungal lifestyle. On the other hand, 10 effector proteins identified in Lachnum sp. EC5 were also only found in mutualistic fungi, such as Meliniomyces variabilis, Oidiodendron maius and have been reported to target the plant intracellular compartments. Also, the identification of the putative effector protein Zn-MP, specific to Lachnum sp. EC5 and predicted to target plant chloroplasts, suggest a role in the reinforcement of plant immunity. Chapter 4 focuses on the patterns of gene expression regulation induced in the biocontrol bacterium B. velezensis EB37 in interaction with the potentially mutualistic fungus Lachnum sp. EC5. These mechanisms were then compared to those activated when the bacterium is in the presence of pathogenic/saprophytic fungi. We demonstrated that in co-culture with Lachnum sp. EC5, EB37expresses fewer genes related to stress, and fewer related to the stationary phase which often involves production of bacterial biofilms and lipopeptides, such as mycosubtilin. We suggest that the lessened response to stress is related to an increased availability of glucose or other preferential sources of carbons for the bacterium. Conversely, Lachnum sp. EC5 in the presence of EB37 underwent morphological changes by a higher lateral branching., detoxified its external and internal environment by expressing both a catalase activity and efflux pumps, and overexpressed its glyoxylate cycle-dependent carbon production pathway, and thus promoting favourable conditions for close physical contact with the bacterium. In conclusion, we demonstrated that the morphological-based definitions are poorly adapted to the categorization of ErMF fungi. Our multidisciplinary approach highlighted the diversity of the cranberry microbiota, extended the notion of ErMF to other fungi hitherto excluded from this fungal group and underlined the importance of interspecific associations on the ErMF-plant interaction. These advances enhance our understanding of the Ericaceous plant microbiota and contributes to the development of sustainable solutions for the cranberry industry.