Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / L'emploi des champignons mycorhiziens arbusculaires dans la culture des pommes de terre représente une alternative intéressante pour diminuer la quantité d'engrais utilisée aux champs, en plus de protéger la plante contre le stress hydrique et les maladies. Cependant, l'effet de l'utilisation d'engrais minéraux et de fongicides sur la mycorhization de la pomme de terre n'est pas connu. Nous avons évalué les effets de l'application du fongicide Quadris® (Syngenta CA) à différentes doses d'engrais minéral sur le taux de mycorhization de Rhizophagus irregularis dans les plantes de pommes de terre. Lors d'un essai en serre, le taux de mycorhization du système racinaire et le rendement de plants de pommes de terre (variété Gold Rush) ont été analysés. Nos résultats suggèrent une efficacité optimale des concentrations d'engrais entre 75 et 100% des recommandations du Centre de Référence en Agriculture et Agroalimentaire du Québec (CRAAQ). À des concentrations d'engrais supérieures à 100%, on observe alors une diminution de la colonisation. Pour le rendement, on remarque une diminution lorsque la dose d'engrais est inférieure à 75% de la recommandation. La présence du fongicide nuit à la production de spores et induit une grande variation des taux de mycorhization. Comprendre l'effet des engrais minéraux et des fongicides sur l'efficacité de la mycorhization de la pomme de terre permettra d'optimiser la gestion agricole, entraînant une réduction des coûts et principalement une réduction de l'impact environnemental sur le système agroécologique.

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises. / In this study, we isolated and cultivated bacterial cells intimately associated with Glomus irregulare spores in a natural soil Agrostis stolonifera rhizosphere. Sequencing of the 29 morphotypes isolated revealed the presence of only seven bacterial taxa (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus and Kocuria rhizophila). These seven isolates were cultivated in vitro on the mycelium of G. irregulare to allow microscopic observation of growth and attachment to the mycelium in absence of nutritive sources other than those derived from the fungal mycelium. All isolates but B. cereus were able to grow on the experimental system and to attach to the mycelium to form biofilm-like structures on their surface. However, B. simplex formed these structures more quickly, in 15 days, than the remaining isolates that have formed them only after 30 days (K. rhizophila and B. megaterium) or 45 days (V. paradoxus, M. ginsengiosoli and Sphingomonas sp.). In addition, PCR-DGGE was used to compare bacterial diversity. The bacterial biodiversity associated with spores of G. irregulare that were isolated and cultured in vitro was significantly lower than that present on the spore surface, while total soil bacterial diversity was much higher. The bacteria associated with mycorrhizal fungi probably have an important role in the ability of plants to withstand biotic and abiotic stresses to which they are submitted.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La phytostabilisation est une méthode de gestion de sites pollués par des éléments traces métalliques (ETM) grâce à une approche verte. Les champignons mycorhiziens, associés aux racines, peuvent contribuer au potentiel de phytostabilisation des arbres en réduisant notamment le transfert des ETM vers les parties aériennes. Dans le cadre du projet BIOFILTREE, plusieurs approches sont mises en oeuvre afin de sélectionner des espèces fongiques performantes en phytostabilisation. Tout d'abord, afin de cibler des espèces d'intérêt, les communautés fongiques associées aux racines de divers clones de peupliers sur un site pollué sont analysées. Tous les peupliers sont colonisés par des champignons ecto-, endomycorhiziens et endophytes. Cependant, des spécificités d'hôtes sont observées parmi ces communautés, avec notamment un champignon majoritaire du genre Hebeloma qui ne s'associe pas avec tous les génotypes. Ensuite, plusieurs campagnes de prélèvements de champignons sur divers sites pollués ont permis d'isoler des souches particulièrement tolérantes aux ETM. De très fortes variations intra- et interspécifiques sont observées lors de ces tests. En parallèle, des approches ciblées de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie au zinc sont mises en oeuvre chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle. L'homéostasie aux ETM est liée entre autres à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). L'étude des membres de ces deux familles a permis d'affiner la compréhension des mécanismes d'absorption et de séquestration des ETM dans les hyphes des champignons ectomycorhiziens / Phytostabilization is a gentle management option for sites polluted by trace elements (TE). Mycorrhizal fungi could assist plants in stabilizing pollutants by increasing the soil-prospected volume and by immobilizing MTE in their hyphae. Within the BIOFILTREE project, several approaches were used to select fungal strains that could be used for enhancing the phytostabilization process. Firstly, the mycorrhizal status of roots of three poplar clones from a TE-polluted site and the fungi associated with the roots were analyzed. The roots were colonized by endomycorrhizal, ectomycorrhizal, and endophytic fungi. Our data also revealed some specific trends, i.e. Hebeloma species was not associated with all poplar genotypes. Secondly, several fungal strains were isolated from polluted sites and their in vitro tolerance to TE was tested. There was a strong inter- and intra-specific variation in metal tolerance. In a greenhouse study, two poplar clones were inoculated with an endomycorrhizal inoculum and grown on a TE-polluted soil. A slight modification in TE accumulation in shoots was observed. In parallel, the role of ZIP (Zrt-Irt- like Proteins) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) proteins in TE homeostasis/tolerance was also studied in the ectomycorrhizal model fungus Laccaria bicolor. The corresponding proteins were functionally characterized by the use of different approaches (yeast complementation, GFP-chimeric proteins, transcript analyses, cell metal content analyses). This study allowed us to better understand the mechanisms underlying zinc uptake and compartmentation in the hyphae of this fungus

Situé au sein de la plaine de la Bekaa au Liban, le fleuve du Litani est sujet à divers rejets agricoles, industriels, domestiques et urbain. Lors de l'irrigation des parcelles agricoles, les eaux du fleuve contaminent le sol et les cultures présentant ainsi un risque pour la santé de l'Homme et l’environnement. Parmi les méthodes de remédiation émergentes et en adéquation avec le développement durable figure la phytoremédiation assistée par les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA). Cependant, la rentabilité de ce mode de gestion constitue l'un des principaux freins à son développement et la valorisation de produits biosourcés, à hautes valeurs ajoutées, issus de la biomasse végétale produite sur ces sols contaminés permettrait d'abaisser les coûts globaux de gestion et de requalification de ces sols pollués. Parmi les filières de valorisation éco-innovantes, la culture de plantes à parfums aromatiques et médicinales (PPAM) productrices d'huiles essentielles (HE) à activités biologiques peut être suggérée comme une option prometteuse. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse a consisté tout d'abord à caractériser le sol d'une parcelle expérimentale située à Marj-Bekaa et directement irriguée par les eaux du Litani, puis à proposer un mode de gestion basé sur la production d'HE pouvant ainsi répondre aux attentes environnementales, économiques et sociales. Nos résultats montrent que la parcelle expérimentale, située à Marj-Bekaa et directement irriguée par les eaux du Litani, est principalement contaminée par des éléments traces métalliques [Ni (88 mg.Kgˉ ¹), Cr (122 mg.Kgˉ ¹), V (170 mg.Kgˉ ¹) et Mn (551 mg.Kgˉ ¹) et des polluants organiques [les alcanes (2.5 g.Kgˉ ¹ du sol)]. Cette contamination est à l'origine d'une (1) cytotoxicité vis-à-vis des cellules pulmonaires et hépatiques mise en évidence grâce au dosage de deux activités enzymatiques, la lactate déshydorgénase et la déshydorgénase mithochondriale mais aussi d'une (2) écotoxicité révélée par la réduction (i) des taux de germination des graines (blé, trèfle, luzerne, ray-grass et fétuque), (ii) de la biomasse microbienne du sol [bactéries Gram-positive et Gram-négative, champignons mychoriziens à arbuscules (CMA), champignons saprotrophes et ectomycorhiziens], (iii) de l'abondance et de la diversité des spores de CMA et (iv) de la richesse et de la diversité végétales. Cependant, toutes les plantes indigènes étaient mycorhizées. C'est pourquoi, la faisabilité de la phytoremédiation assistée par les CMA du site expérimental de la Bekaa, a été testée à la fois en microcosmes et in situ en utilisant une plante aromatique productrice d'HE, l'origan (Origanum syriacum L.). Nos résultats ont montré que non seulement l'origan possède un potentiel de dissipation des alcanes mais en plus cette plante ne transfère pas ces polluants dans les HE extraites à partir de sa biomasse aérienne. Par ailleurs, il a été constaté que la mycorhization a une influence sur la composition des HE. En outre, notre étude a permis l'évaluation de diverses activités biologiques (antifongiques, antioxydante et anti-inflammatoire) d'une gamme d'HE extraites de différentes espèces végétales dont l'origan et ce en présence et en absence des cyclodextrines (HP-β-CD), oligosaccharides cycliques qui complexent les HE et augmentent leurs biodisponibilités. / Located in the Bekaa valley in Lebanon, The Litani River is exposed to agricultural, industrial, domestic and urban wastewaters. Through the irrigation of agricultural soils, the river's water contributes to soil and culture contamination and represents a risk for human health and environment. Amongst the emergent sustainable remediation methods, there is arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) assisted-phytoremediation. However, one of the limitation in using phytoremediation as depollution method is its socio-economic profitability. Among the eco-innovative valorization processes with high profitability, the cultivation of aromatic and medicinal plants producing essential oils (EO) with biological activities has been suggested as a promising option. Thus, this thesis work aims firstly at characterizing the soil of an experimental site located at Marj-Bekaa and directly irrigated by the Litani's water and secondly at proposing a mode of management of the contaminated soil based on the production of EO that can meet environmental, economic and social expectations. Our findings showed that the soil sampled in Marj-Bekaa is mainly contamined by metal trace elements [Ni (88 mg.Kgˉ ¹), Cr (122 mg.Kgˉ ¹), V (170 mg.Kgˉ ¹) and Mn (551 mg.Kgˉ ¹) and alkanes (2.5 g.Kgˉ ¹ of soil). This contamination is causing (i) cytotoxicity against both bronchial and hepatic human cells revealed by the evaluation of two enzyme activities, extracellular lactate dehydrogenase and mitochondrial dehydrogenase, as well as (2) ecotoxicity pointed out by the reduction of (i) seed germination (wheat, clover, alfalfa, ryegrass and tall fescue), (ii) soil microbial biomass [Gram-positive and Gram-negative bacteria, arbuscular mycorrhizal fungal (AMF), ectomycorrhizal and saprotrophic fungi], (iii) abundance and diversity of AMF spores as well as (iv) the plant diversity and richness. The AMF-assisted phytoremediation of the Bekaa experimental site was evaluated both in microcosms and in situ experiments using an aromatic plant producing EO, oregano (Origanum syriacum L.). Our results revealed that oregano plant possess an alkane's dissipation potential and no polluant transfer is detected in EO. Moreover, the mycorrhization modified the EO composition. On the over hand, our study evaluated several biological (antifungal, antioxidant and anti-inflammatory) activities of a range of EO extracted from many plant species including oregano, in the presence and the absence of cyclodextrines (HP-β-CD), cyclic oligosaccharides that encapsulate EO and enhance their bioavailabilities.

Célèbres depuis l'accident de Seveso en 1976, les dioxines/furanes (PCCD/F) restent, malgré une forte baisse de leurs émissions, un sujet de préoccupation permanent en France et dans le monde. Le rémanence de ces composés organochlorés dans le sol et le risque toxique qu'ils représentent pour l'homme et l'environnement font que la gestion et la remédiation des sols contaminés par les PCDD/F sont devenues une priorité des industriels, législateurs et scientifiques. La phytoremédiation compte parmi les méthodes émergentes de dépollution des sols contaminés en raison de son adéquation avec le développement durable. Elle combine les capacités naturelles des plantes et de leur microbiote rhizosphérique à biodégrader les polluants organiques. Cependant, l'efficacité de cette phytotechnologie est encore souvent limitée, en particulier lorsqu'il s'agit de composés chlorés, à cause de leur récalcitrance, de leur phytotoxicité et leur faible biodisponibilité dans le sol. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse a consisté à étudier les performances de la phytoremédition assistée, en particulier par les champignons mycorhiziens arbusculaires, d'un sol agricole historiquement pollué par les PCDD/F prélevé sur une parcelle expérimentale située à proximité d'un ancien incinérateur. L'ensemble des résultats obtenus mettent en évidence, en particulier, le potentiel de deux espèces végétales, la luzerne et la fétuque, dans la rhizodégradation des PCCDD/F. La végétalisation du sol permet de moduler les communautés microbiennes du sol (bactéries, Archées et champignons) et notamment celles qui semblent impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. En revanche, bien que la mycorhization agisse sur les communautés microbiennes du sol, celle-ci n'a pas eu d'impact, dans nos conditions expérimentales, sur la dissipation des PCCDD/F quelles que soit l'origine de l'inoculum utilisé et les espèces mycorhiziennes qui le compose. La dégradation de ces composés organochlorés est plus marquée dans un sol préalablement stérilisé, puis recolonisé par certaines communautés microbiennes spécifiques, impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. L'utilisation combinée d'un mélange de rhamnolipides avec l'introduction dans le sol d'une bactérie Sphingomonas wittichii RWI, décrite pour ses capacités de dégradation des PCCDD/F, permet d'accroitre l'efficience de la rhizodégradation des PCDD/F qui se traduit par une baisse significative de la cytotoxicité du sol après phytoremédiation. / Famous since the Seveso accident in 1976, dioxins/furans (PCCD/F) remain, despite a sharp decline in emissions, a subject of permanent concern in France and in the world. The remanence of these organochlored compounds in soil and the toxic risk they represent for humans and the environment mean that the management and remediation of PCDD/F contaminated soil has become a priority for industrialists, legislators and scientists. Phytoremediation is one of the emerging depollution methods of contaminated soils due to Its suitability for sustainable development. It combines the natural capacities of plants and their rhizospheric microbiota to biodegrade organic pollutants. However, the effectiveness of this phytotechnology is still often limited, especially in the case of chlorinated compounds, due to their recalcitrance, phytotoxicity and low bioavailability in the soil. Thus, the thesis aims to study the performance of assisted phytoremission, in particular by mycorrhizal fungi, of an agricultural PCDD / F based-polluted soil from an experimental plot near an old incinerator. The results obtained show the potential of two plant species, alfalfa and tall fescue, in the rhizodegradation of PCCDD/F. Soil vegetation shows to modulate soil microbial communities (bacteria, archaea and fungi) includind those that appear to involved in the dissipation of the PCCDD/F. On the other hand, although mycorrhization affects soil microbial communities, it has not had any impact on the dissipation of PCCDD/F in our experimental conditions, whatever the inoculums origin and the mycorrhizal species which compose it. The degradation of these organochlorined compounds is more significant in a previously sterilized soil and then recolonized by specific microbial communities involved in the PCCDD/Fdissipation. The combined use of rhamnolipids mixture and Sphingomonas wittichii RWI bactrerium described for its degradation capabilities of PCCDD/F makes it possible to increase the efficiency of PCDD/F rhizodegradation which results in a significant decrease in soil cytotoxicity after phytoremediation.

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises. / In this study, we isolated and cultivated bacterial cells intimately associated with Glomus irregulare spores in a natural soil Agrostis stolonifera rhizosphere. Sequencing of the 29 morphotypes isolated revealed the presence of only seven bacterial taxa (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus and Kocuria rhizophila). These seven isolates were cultivated in vitro on the mycelium of G. irregulare to allow microscopic observation of growth and attachment to the mycelium in absence of nutritive sources other than those derived from the fungal mycelium. All isolates but B. cereus were able to grow on the experimental system and to attach to the mycelium to form biofilm-like structures on their surface. However, B. simplex formed these structures more quickly, in 15 days, than the remaining isolates that have formed them only after 30 days (K. rhizophila and B. megaterium) or 45 days (V. paradoxus, M. ginsengiosoli and Sphingomonas sp.). In addition, PCR-DGGE was used to compare bacterial diversity. The bacterial biodiversity associated with spores of G. irregulare that were isolated and cultured in vitro was significantly lower than that present on the spore surface, while total soil bacterial diversity was much higher. The bacteria associated with mycorrhizal fungi probably have an important role in the ability of plants to withstand biotic and abiotic stresses to which they are submitted.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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